CN102201852A - 在飞机和地面站之间通信的方法 - Google Patents

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Abstract

在飞机(4)和地面之间通信的方法中，该飞机(4)使用WiMax型传输标准，经由至少一个卫星(14)，在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带(18)中通过无线电波与地面通信。本发明还提供了一种用于飞机(4)的机载通信终端，该终端适于在应用WiMax型传输标准的情况下，在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带中通过无线电波与该终端的外界通信。

Description

在飞机和地面站之间通信的方法
技术领域
本发明涉及飞机和地面之间的通信。
背景技术
飞机和地面之间交换信息的需求在持续增长，因为它们特别地关联着飞机信息系统的不断更新的部件，关联着从地面站传递飞行信息，关联着传递用于优化运行成本的飞机维护信息，以及关联着可向乘客提供的服务。
在飞机运行的各个阶段，需要根据飞机的处境(停驻在地面上、滑行、起飞或着陆、陆地飞行、海洋飞行或极地飞行)使用不同的通信手段。因此，飞机安装有多种射频通信系统，这些射频通信系统能够连接到最适于该飞机的每个运行阶段的通信基础设施(infrastructure)。根据所传递的信息类型，并且根据它们对飞机运行安全的潜在影响，这些通信系统还必须满足在或大或小的程度上进行限制的可靠性规范。
在用的通信系统包括专用于航空通信的基础设施，诸如ARINC通信寻址和报告系统(ACARS)，或者依赖于甚高频(VHF)、高频(HF)或卫星链路的航空电信网络(ATN)。这些历史网络现今关联着基于“开放世界(open world)”技术的基础设施的使用，所述“开放世界”技术诸如供飞机在地面上时使用的WiFi、WiMax、GSM、GPRS以及UMTS，或者供飞机在飞行中时使用的Swift 64和SBB。
尽管具有多个可访问的基础设施在可用性和降低通信成本方面是有利的，但为了优化成本，飞机操作者寻求不仅优化机载设备的重量和体积以及天线对飞机的空气动力行为的影响，而且优化飞机和地面之间的通信成本。
在这种总体情况下，为了处理全球空中交通的增长，正在对新的通信基础设施进行定义和标准化。这些基础设施被设计为，负责管理机构(空中交通服务或ATS)提供空中交通控制所需要的数据交换。这样，这项工作导致选择基于全球微波互联接入(WiMax)标准的射频电信系统，以在由国际电信联盟(ITU)专用于航空应用的大约5千兆赫兹(GHz)的频带中定义一个通信系统。为了传递使空中交通控制系统能管制飞机所需的信息，对于商业飞机，安装和使用该系统将逐渐变成必需的。该系统供飞机在地面上时使用，因此不适于在飞行中使用。该系统被称为AeroWimax，或者甚至被称为航空移动机场通信系统(AeroMACS)。在本申请中，这两个术语被认为是同义的。
发明内容
本发明的一个目的是，进一步增加飞行中的飞机与地面通信的便利性。
为此，本发明提供了一种用于飞机的机载通信终端，该终端适于在应用WiMax型传输标准的情况下，在从5030兆赫兹(MHz)至5091MHz——包括边界——的频带中通过无线电波与该终端的外界通信。
有利地，该终端适于在从5091MHz至5150MHz——包括边界——的第二频带中通信。
在一个实施方案中，通信在应用AeroWimax传输标准的情况下发生。
优选地，该终端适于使用单个天线在两个频带中通信。
本发明还提供了一种飞机，该飞机包括本发明的终端。
本发明还提供了一种卫星，该卫星适于在应用WiMax型传输标准的情况下，在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带中通过无线电波与该卫星的外界通信。
本发明还提供了一种用于与飞机通信的地面站，该地面站适于在应用WiMax型传输标准的情况下，在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带中通过无线电波与该地面站的外界通信。
这样，该AeroWimax通信系统被设计为在从5091MHz至5150MHz的频带中运行，该频带专用于航空通信应用。在本发明中，由边界5030MHz和5091MHz限定的相邻频带被用于飞机和地面之间经由卫星的通信。该频带已经被多径仪表着陆系统或微波着陆系统(MLS)使用，但这不利用卫星传输。在本发明中，飞机和地面之间在这个频带中经由卫星的通信使得可实现AeroWimax通信协议，只要进行适当的修改以使得它能够用在卫星通信的情况下。
本发明提供了一种通信系统，该通信系统包括下列本发明的元件中的至少两个：飞机；卫星；以及，地面站。
本发明还提供了一种在飞机和地面之间通信的方法，其中，该飞机使用WiMax型传输标准，经由至少一个卫星，在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带中通过无线电波与地面通信。
本发明还提供了一种通信方法，其中，在应用WiMax型传输标准的情况下，飞机在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带中通过无线电波与该飞机的外界通信。
本发明还提供了一种通信方法，其中，在应用WiMax型传输标准的情况下，卫星在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带中通过无线电波与该卫星的外界通信。
最后，本发明提供了一种通信方法，其中，在应用WiMax型传输标准的情况下，地面站在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带中通过无线电波与该地面站的外界通信。
附图说明
参照附图，从下文中对以非限制性示例的方式给出的实施方案的描述中，本发明的其他特征和优点进一步显现，在附图中：
图1示出了处于多种使用形态的飞机，以及形成用于实现本发明的方法的本发明的系统的部分的地面站和卫星；
图2是示出了频带的图，该图包括在本发明的范围内使用的范围；以及
图3是示出了安装至图1的飞机的终端的构件的图。
具体实施方式
图1示出了本发明的用于使得飞机能够与地面通信的系统2。该系统包括至少一个飞机4，优选地包括多个飞机。该飞机具体地是重航空器(aerodyne)，在这里包括这样的飞机：其具有一个机身6、两个机翼8、一个尾翼10以及由所述机翼携带的引擎12。该系统包括至少一个卫星14，优选地包括以适当的高度放置在地球轨道中的多个卫星。最后，系统2包括至少一个地面站16，优选地包括多个地面站。在本发明的范围内，由飞机4、卫星14和地面站16形成的元件中的每一个都被配置为通过实施如下文所述的通信方法来发送和接收通信。这是一种在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带中运行的通过无线电传递数据的方法。图2中示出了在其中实施本发明的该频率范围18。频率范围18与从5091MHz至5150MHz的频率范围20相邻，AeroWimax通信协议定于在频率范围20中运行。
在本发明在范围18而非范围20内实施AeroWimax型通信协议的条件下，在本发明的范围内对该协议进行一些修改。由于飞机和地面之间的通信经由卫星14进行这一事实，使得其他修改是必要的。范围18由有关于MLS的通信共享。
AeroWimax协议或接口基于WiMax标准(IEEE 802.16系列标准)。该标准依赖于使用正交频分复用(OFDM)技术，该技术是一种通过在为多个副载波的形式的正交频率之间分配数字信号来对这些数字信号进行编码的方法。该接口也适用于调制策略的使用和自适应编码。已知它最初被设计为用于陆地应用，由该标准提供的信道结构需要在本发明的情况下进行修改，以适应地面16和飞机4之间经由卫星14的通信的具体特征。这些具体特征尤其有关于飞机的速度，有关于呈现较少的多径的传播环境，以及有关于经由卫星的传播所需的时间。为了实现本发明，上述修改可以尤其对波形(信道结构、调制、编码、防护时间和/或防护频带)有影响。举例而言，可以涉及下列方面：
·使得该系统能够在比基础AeroWimax协议允许的速度高的速度下使用；
·考虑到对应于由飞机形成的移动体和网络接入点之间的传播时间的距离；以及
·促进这样的卫星通信系统的设计：其最大程度地覆盖地球表面同时使卫星14和飞机4机载终端二者所要求的传输功率最小化。
举例而言，对于该接口的物理层，这些修改可以导致减小OFDM信道的宽度以增大它们之间的防护频带。
这样，所述修改可以导致这些信道的结构由更好地适应于卫星传输的另一个系统代替。例如，这可以是时分复用(TDM)型系统——其是一种这样的复用技术：通过在时间上交错来自每个信道的样本，允许发送器通过单个宽带通信媒体发送多个独立的窄带数字信道(语音、数据、视频)。也可以使用频分复用(FDM)，其用于将宽带路径上的频带作为一系列的多个较窄的信道来共享，这些较窄的信道允许来自不同低速路径的数据在高速路径上行进而没有干扰。
所述修改也可以导致使用具有适应于航空应用实际所需的数据速率的能力的信道。
也可设想在媒体访问控制(MAC)层的级别(level)上对网络访问协议进行修改。这是为了考虑到飞机的速度以及飞机和地面上的通信基础设施之间的传播时间。
对于MAC层，这些修改可以导致，例如：
·修改时分多址(TDMA)帧的结构，以考虑到更长的传播时间(例如，延长上行路径和下行路径之间的防护时间)；
·修改和/或使用功率控制算法的不同参数(例如，不调节级别和时间常量)；以及
·修改时间安排，以考虑到与经由对地静止卫星的传输关联的更长的传输时间。
卫星14可以是对地静止类型的，或者是其他类型的。地面站16被设计为与常规陆地通信网络——尤其是上文所述的网络——相连接。图1示出了地面上的飞机在停驻或滑行时经由直接链路24与地面站16通信。同一幅图示出了该飞机在起飞时与地面站16通信：但是使用各个链路——该飞机和该卫星之间的链路26以及该卫星和该地面站之间的链路28——经由卫星14进行。同一幅图示出了飞行中的飞机，并且该飞机同样经由链路30和链路28与站16通信。卫星14和地面站16之间的链路28可以是间接的(即，经由专用于该卫星通信系统的另一个地面站)。
飞机4携带引入该飞机机载设备的终端22。终端22适于与地面通信：根据情况，或者经由卫星通信基础设施从而经由卫星14之一，或者通过使用陆地AeroWimax基础设施而不经由卫星。
在该实施例中，该飞机机载的同一终端22提供上述两种类型的通信。通过在靠在一起的频带18和20中使用相似的协议或者直接与AeroWimax基础设施通信或者与本发明的卫星基础设施通信，可将上述两种功能引入单个终端22中，并且可将与该终端关联且由飞机携带的同一天线32用于上述两种通信模式。这样，本发明使得可在单件机载设备22内引入下列通信手段：
·供飞机在地面上时经由AeroWimax基础设施使用的，当AeroWimax基础设施可用时；
·供飞机在飞行中时经由本发明的卫星基础设施使用的；以及
·供飞机在地面上时经由相同的基础设施使用的，假定AeroWimax基础设施不可用。该假定在图1中用地面上的飞机和卫星14之间的链路34表示。
使用同一设备22在飞机的不同运行情况下通信的能力起到以下作用：降低了安装成本、体积、重量以及数据通信设备的功率消耗，并且因为该设备基于标准协议，简化了该设备的架构。这样，因为在单个终端内的整合，本发明提供了一种与现有解决方案相比重量和体积小的通信系统。单个天线32用于两种通信情形起到以下作用：改善了安装成本，并且还改善了天线对飞机的空气动力学的影响。
图3示出了用于提供上述通信的机载设备22的主要构件。天线32延伸到飞机外，从而连接到双工器-低噪声放大器(D/LNA)40。由天线32接收的信息从而经过双工器40传送，并被传递至射频单元(RFU)42——其也形成卫星数据单元(SDU)。然后该数据被传递至构成该数据的目的地的飞机的构件，尤其是服务器和计算机。待由该飞机发送的信息由单元42传递至高功率放大器(HPA)44、传递至双工器40，然后传递至天线32。这一无线电处理系统(高功率放大器44、双工器40和天线32)中的元件为两种通信模式所共用，即，不论通信是经由根据本发明的卫星14，还是直接的且是AeroWimax型的。从基带转换或转换到基带以及基带处理发生在同一件设备42内。如可看到的，本发明使由AeroWimax通信和卫星通信构成的两种功能的整合达到最大限度。
由终端22、卫星14和地面站16形成的系统2的每个元件都包括适于实现上述方法的计算机和电子构件，尤其是处理器、存储器、时钟等。
自然，在不超出本发明的范围的前提下，可以对本发明做出许多修改。
单个构件可以兼备高功率放大器44的功能和射频单元及卫星数据单元42的功能。双工器-低噪声放大器40可以并入天线32中。可以规定设备32与两个单独的天线关联，这两个单独的天线分别专用于根据本发明的卫星通信和AeroWimax型通信。可以通过将本发明引入适于在飞行中使用的陆地系统来实现本发明。可以将本发明引入一个组合了到多个陆地或卫星通信系统(例如，Iridium/Inmarsat或Aircel/GSM)的接入的终端中。

Claims (10)

1.一种用于飞机(4)的机载通信终端(22)，该终端的特征在于，适于在应用WiMax型传输标准的情况下，在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带(18)中通过无线电波与该终端的外界通信。
2.根据前述权利要求所述的终端，其适于，尤其在应用AeroWimax型传输标准的情况下，在从5091MHz至5150MHz——包括边界——的第二频带(20)中通信，该终端(22)优选地适于使用同一天线(32)在两个所述频带(18，20)中通信。
3.一种飞机(4)，其特征在于，包括根据任一前述权利要求所述的终端(22)。
4.一种卫星(14)，其特征在于，适于在应用WiMax型传输标准的情况下，在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带(18)中通过无线电波与该卫星的外界通信。
5.一种用于与飞机(4)通信的地面站(16)，该地面站的特征在于，适于在应用WiMax型传输标准的情况下，在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带(18)中通过无线电波与该地面站的外界通信。
6.一种通信系统(2)，其特征在于，包括下列元件中的至少两个：
根据权利要求3所述的飞机(4)；
根据权利要求4所述的卫星(14)；以及
根据前述权利要求所述的地面站(16)。
7.一种飞机(4)和地面之间的通信方法，该方法的特征在于，该飞机(4)使用WiMax型传输标准，经由至少一个卫星(14)，在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带(18)中通过无线电波与地面通信。
8.一种通信方法，其特征在于，在应用WiMax型传输标准的情况下，飞机(4)在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带(18)中通过无线电波与该飞机的外界通信。
9.一种通信方法，其特征在于，在应用WiMax型传输标准的情况下，卫星(14)在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带(18)中通过无线电波与该卫星的外界通信。
10.一种通信方法，其特征在于，在应用WiMax型传输标准的情况下，地面站(16)在从5030MHz至5091MHz——包括边界——的频带(18)中通过无线电波与该地面站的外界通信。
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