CN103684654A - 民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空航天领域，具体公开了一种民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，包括主控制器、分别与主控制器电性连接的FPGA多路中频带限白噪声产生模块、多路射频并行发射电路、射频合路模块、功分模块、以太网交换模块、航空离散线接口模块、串口模块及电源模块；所述FPGA多路中频带限白噪声产生模块分别与多路射频并行发射电路及电源模块电性连接；多路射频并行发射电路还与射频合路模块电性连接；以太网交换模块及航空离散线接口模块一端均分别与电源模块电性连接。本发明同时支持多个基站上下行收发，能够实现产品的系列化开发，以适应移动通信系统各体制在频段分配上的变化。

Description

民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置

技术领域

本发明涉及航空航天领域，尤其涉及一种应用于民航客机客舱内的网络控制设备。

背景技术

随着移动通信网络的普及与发展，在民航客机客舱内提供蜂窝移动通信接入服务成为一种必然的趋势。然而，民航客机客舱属于一种特殊的应用环境，它会随着飞机的飞行处于不同的地域和高度，而在不同地域和高度，地面基站所采用的制式和频段就会有所不同，到达客舱的地面信号强度也会有很大的差异。因此，随着飞行路径的变化，客舱内的移动终端与部署在地面的基站建立的通信连接极其不稳定。为了能够提供稳定持久的蜂窝通信接入服务，在客舱内部署基站是非常重要的技术手段之一。但是，此种技术方案应用下就有可能会出现如下的问题：

（1）移动终端可能会在客舱内基站与地面基站之间不停的切换，出现“乒乓”效应。这样不仅会使得用户体验较差，而且还会使系统管理难度加大，并占用太多信令浪费系统资源。

（2）移动终端可能会接入到地面基站。因为移动终端一般都能够支持多频段多制式，当移动终端设置的优选网络并不是客舱内基站采用的制式时，就可能会发生此种情况。由于到达客舱的地面基站信号既不稳定又很微弱，所以在功率控制的作用下，蜂窝移动终端的发射功率可能会很大，可能干扰其他航电设备，影响飞行安全。

基于上述问题，ARINC824标准提出了网络控制器（NCU：Network ControlUnit）的概念，将其部署在客舱内，用于产生干扰信号，实现对地面基站信号的干扰，以达到屏蔽的效果。然而，目前此类设备及其少见，能够同时支持如此多的频段且各频段功率单独可调、能够根据飞行环境的变化发射不同频段组合的白噪声干扰器在市面上几乎没有。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其同时支持多个基站上下行收发，能够实现产品的系列化开发，以适应移动通信系统各体制在频段分配上的变化。

为实现上述目的，本发明提供了一种民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其包括：主控制器、分别与主控制器电性连接的FPGA多路中频带限白噪声产生模块、多路射频并行发射电路、射频合路模块、功分模块、以太网交换模块、航空离散线接口模块、串口模块及电源模块；所述FPGA多路中频带限白噪声产生模块分别与多路射频并行发射电路及电源模块电性连接；多路射频并行发射电路还与射频合路模块电性连接；以太网交换模块及航空离散线接口模块一端均分别与电源模块电性连接。

其中，所述FPGA多路中频带限白噪声产生模块内包括一M序列产生模块、数个FIR滤波模块、与FIR滤波模块对应连接的数个合成模块、与合成模块对应连接的数个DDS模块，以及一个输出通道选择模块；所述数个FIR滤波模块分别与M序列产生模块电性连接，每一合成模块一端均分别与输出通道选择模块电性连接。

具体的，所述多路射频并行发射电路可以包括多路并行设置的射频发射电路，该每一路射频发射电路内均包括有依次电性连接的数模转换器、中频滤波器、二次变频单元、第一带通滤波器及功率放大模块；所述每一路射频发射电路内的数模转换器均与FPGA多路中频带限白噪声产生模块内的输出通道选择模块电性连接，每一路射频发射电路内的功率放大模块均与射频合路模块电性连接。

本发明中，射频合路模块内包括有一射频合路器，及与多路射频发射电路对应设置的多个第二带通滤波器，该每一第二带通滤波器一端分别与射频发射电路内的一个功率放大模块电性连接，每一第二带通滤波器的另一端均与射频合路器电性连接。

进一步地，所述射频合路模块还包括有多路白噪声射频输入通道、多个基站下行射频信号输入通道、一射频输出通道及功率检测反馈通道，射频合路模块通过该功率检测反馈通道与主控制器电性连接。

本发明中，所述功分模块包括有一路射频输入通道及多路基站上行射频信号输入通道。

具体的，所述以太网交换模块包括2路IEEE802.3协议规范的千兆以太网接口，主控制器通过该以太网接口与外部通信。

更进一步地，所述航空离散线接口模块包括至少2路航空离散量输入通道、2路航空离散量输出通道。

再者，所述串口模块可以采用支持RS232协议的标准串口模块，该串口模块包括有一路串口。

此外，所述电源模块可以支持115VAC/400Hz和28VDC电源的输入。

本发明的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其由FPGA多路中频带限白噪声产生模块、多路射频并行发射电路和主控制器组成的基本电路结构能够支持根据具体应用场景灵活配置射频发射模块、FPGA模块以及相应软件，从而实现产品的系列化开发，以适应移动通信系统各体制在频段分配上的变化；其同时支持多个基站上下行收发，方便射频信号集中接入ARINC833标准所定义的射频分发系统；此外，其还支持航空离散线输入输出，并同时支持115VAC/400Hz和28VDC电源输入。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置一种具体实施例的模块结构示意图；

图2为本发明中FPGA多路中频带限白噪声产生模块20一种具体实施例的模块结构示意图；

图3为本发明中多路射频并行发射电路30一种具体实施例的模块结构示意图；

图4为图3中射频发射电路另一种具体实施例的模块结构示意图；

图5为本发明中射频合路模块40一种具体实施例的模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其包括：主控制器10、分别与主控制器10电性连接的FPGA多路中频带限白噪声产生模块20、多路射频并行发射电路30、射频合路模块40、功分模块50、以太网交换模块60、航空离散线接口模块70、串口模块80及电源模块90；所述FPGA多路中频带限白噪声产生模块20分别与多路射频并行发射电路30及电源模块90电性连接；多路射频并行发射电路30还与射频合路模块40电性连接；以太网交换模块60及航空离散线接口模块70一端均分别与电源模块90电性连接。本发明的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其主要功能是产生蜂窝移动通信射频信号所使用频段的白噪声，需要产生的白噪声频段的数量、带宽及功率由外部输入命令控制。本发明的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其由主控制器10、FPGA多路中频带限白噪声产生模块20及多路射频并行发射电路30组成的基本电路结构能够支持根据具体应用场景灵活配置射频发射模块、FPGA模块以及相应软件，实现产品的系列化开发，以适应移动通信系统各体制在频段分配上的变化。

本发明中，所述主控制器10负责对内部各模块运行状态的管理、收集各模块运行的状态、与外部设备的通信，以及根据外部设备的输入，管理各模块的工作状态，并反馈输出设备当前的状态信息。作为本发明的一种选择性实施例，该主控制器10可以采用NXP公司32位LPC2478芯片，LPC2478芯片丰富的资源适合在工业领域中应用，该芯片的成本和功耗都比较低，是内部集成LCD控制器的ARM7芯片。上述LPC2478芯片不能运行嵌入式操作系统VxWorks，后续为了支持简单网络管理协议（SNMP：Simple Network Management Protocol），需要运行VxWorks，则可以选择ARM的CPU，如S3C6410等。

本发明中，所述FPGA多路中频带限白噪声产生模块20主要用于在主控制器10的控制管理下产生不同带宽、不同中心频点的中频白噪声信号。如图2所示，为发明的FPGA多路中频带限白噪声产生模块20一种具体实施例的模块结构示意图，在该实施例中，所述FPGA多路中频带限白噪声产生模块20内包括一M序列产生模块21、数个有限长单位冲激响应（FIR：Finite Impulse Response）滤波模块22、与FIR滤波模块22对应连接的数个合成模块23、与合成模块23对应连接的数个直接数字式频率合成器（DDS：Direct Digital Synthesizer）模块24，以及一个输出通道选择模块25；所述数个FIR滤波模块22分别与M序列产生模块21电性连接，每一合成模块23一端均分别与输出通道选择模块15电性连接。所述M序列产生模块21用于产生白噪声序列，可以选用不同的算法产生不同分布的白噪声序列。FIR滤波模块22、合成模块23和DDS模块24组合产生不同带宽和中心频点的中频白噪声信号。其中，FIR滤波模块22用于确定信号的带宽，其硬件实现可以采用单片通用数字滤波器集成电路、DSP芯片，或者可编程逻辑器件FPGA/CPLD来实现。DDS模块24用于确定信号的中心频点，其可以由累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成。合成模块23用于完成信号的调制。该FIR滤波模块22、合成模块23和DDS模块24组合的数量由FPGA的资源和应用需求决定。输出通道选择模块25负责将产生的不同带宽和频点的中频白噪声信号映射到不同的射频发射电路中，映射的原则是一个输入可以映射到多个输出、多个输入不能够映射到一个输出，该输出通道选择模块25的映射结果决定了网络控制器最终输出的射频信号。作为本发明的一种可选择性的实施例，该FPGA多路中频带限白噪声产生模块20中的FPGA可以采用XILINX公司的XC6SLX75T芯片。

具体的，如图3所示，作为本发明的一种选择性实施例，所述多路射频并行发射电路30可以包括多路并行设置的射频发射电路，该每一路射频发射电路内均包括有依次电性连接的数模转换器（DAC）31、中频滤波器32、二次变频单元33、第一带通滤波器34及功率放大模块35；所述每一路射频发射电路内的数模转换器31均与FPGA多路中频带限白噪声产生模块20内的输出通道选择模块25电性连接，每一路射频发射电路内的功率放大模块35均与射频合路模块40电性连接。该多路射频并行发射电路30中的每一路射频发射电路首先对输入的中频白噪声数字信号进行数模转换，然后进行混频，将频谱搬移到所需白噪声的频段范围，最后对信号进行滤波和功率放大。其中功率放大模块35的放大系数可调且由主控制器10控制，以实现对每路射频发射电路的单独可调，该多路并行设置的射频发射电路的数量及频段由具体应用需求决定。在本发明具体实施例中，仅以6路射频发射电路为例进行示意，图中右侧从上到下的箭头表示每一路射频发射电路输出的信号频率，其分别为925～960MHz、869～894MHz、1880～1920MHz、1930～1990MHz、2010～2025MHz、2110～2170MHz。如图4所示，作为本发明中射频发射电路的另一种可选择性实施例，如果所选的FPGA能够支持通过DDS模块24合成最高频率2.7GHz的载波，那么本技术方案则可以直接数字合成相应的射频信号，并不需要通过二次变频实现。因此该实施例与图3中实施例的区别在于，可以去除相关模块，即去除中频滤波器32和二次变频单元33，只包括依次电性连接的数模转换器（DAC）31’、第一带通滤波器34’及功率放大模块35。

如图5所示，本发明中，所述射频合路模块40内包括有一射频合路器41，及与多路射频发射电路对应设置的多个第二带通滤波器42，该每一第二带通滤波器42一端分别与射频发射电路内的一个功率放大模块35电性连接，每一第二带通滤波器42的另一端均与射频合路器41电性连接。进一步地，该射频合路模块40还包括有多路白噪声射频输入通道43、多个基站下行射频信号输入通道44、一射频输出通道45及功率检测反馈通道46，射频合路模块40通过该功率检测反馈通道46与主控制器10电性连接。多个基站（未图示）通过该基站下行射频信号输入通道44进行下行射频输入，本发明的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置通过该射频输出通道45进行射频输出，功率状态通过功率检测反馈通道46反馈至主控制器10处。工作时，该射频合路模块40首先对通过多路白噪声射频输入通道43输入的白噪声射频信号进行带通滤波，然后将所有的白噪声射频信号、基站下行射频信号通过射频合路器41合路，以减少设备外部射频接口数量，方便设备的安装。其中基站的数量、单个基站可以输出的频段数量由具体应用环境的需求和射频合路器41的性能决定。

本发明中，所述的功分模块50包括有一路射频输入通道51及多路基站上行射频信号输入通道52。本发明的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置通过该射频输入通道51进行射频输入，多个基站通过该基站上行射频信号输入通道52进行上行射频输入。工作时，该功分模块50在主控制器10的控制下，负责将接收到的射频信号分发给不同基站的上行接口，方便一起安装多个基站，在实际使用时可以根据具体环境的变化选择不同输出通道。由于本发明同时支持多个基站上下行收发，因此可以方便射频信号集中接入ARINC833标准所定义的射频分发系统。

进一步地，本发明中的以太网交换模块60支持2路IEEE802.3协议规范的千兆以太网接口62及交换功能，主控制器10通过该以太网接口62实现与外部的通信。

更进一步地，本发明中的航空离散线接口模块70包括至少2路航空离散量输入通道72、2路航空离散量输出通道74，具体的应用由主控制器10的软件设计决定。例如，1路输入控制白噪声射频输出、1路输出反馈白噪声射频输出状态等。

作为本发明的一种可选择实施例，所述串口模块80可以采用支持RS232协议的标准串口模块，该串口模块80包括有一路串口82。该串口模块80用于对主控制器10运行的软件及FPGA软件进行升级和调试。

此外，所述电源模块90可以支持115VAC/400Hz和28VDC电源的输入，其用于将输入的电源形态转换成设备各模块需要的电源形态。

综上所述，本发明的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其能够产生蜂窝移动通信射频信号所使用频段的白噪声，需要产生的白噪声频段的数量、带宽及功率由外部输入命令控制，从而提供稳定持久的客舱内蜂窝通信接入服务，并支持根据具体应用场景灵活配置射频发射模块、FPGA模块以及相应软件，实现产品的系列化开发，以适应移动通信系统各体制在频段分配上的变化；其能够同时支持较多的频段且各频段功率单独可调、能够根据飞行环境的变化发射不同频段组合的白噪声干扰；此外，其还支持航空离散线输入输出，并同时支持115VAC/400Hz和28VDC电源输入。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其特征在于，包括主控制器、分别与主控制器电性连接的FPGA多路中频带限白噪声产生模块、多路射频并行发射电路、射频合路模块、功分模块、以太网交换模块、航空离散线接口模块、串口模块及电源模块；所述FPGA多路中频带限白噪声产生模块分别与多路射频并行发射电路及电源模块电性连接；多路射频并行发射电路还与射频合路模块电性连接；以太网交换模块及航空离散线接口模块一端均分别与电源模块电性连接。

2.如权利要求1所述的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其特征在于，所述FPGA多路中频带限白噪声产生模块内包括一M序列产生模块、数个FIR滤波模块、与FIR滤波模块对应连接的数个合成模块、与合成模块对应连接的数个DDS模块，以及一个输出通道选择模块；所述数个FIR滤波模块分别与M序列产生模块电性连接，每一合成模块一端均分别与输出通道选择模块电性连接。

3.如权利要求2所述的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其特征在于，所述多路射频并行发射电路包括多路并行设置的射频发射电路，该每一路射频发射电路内均包括有依次电性连接的数模转换器、中频滤波器、二次变频单元、第一带通滤波器及功率放大模块；所述每一路射频发射电路内的数模转换器均与FPGA多路中频带限白噪声产生模块内的输出通道选择模块电性连接，每一路射频发射电路内的功率放大模块均与射频合路模块电性连接。

4.如权利要求3所述的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其特征在于，所述射频合路模块内包括有一射频合路器，及与多路射频发射电路对应设置的多个第二带通滤波器，该每一第二带通滤波器一端分别与射频发射电路内的一个功率放大模块电性连接，每一第二带通滤波器的另一端均与射频合路器电性连接。

5.如权利要求4所述的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其特征在于，所述射频合路模块还包括有多路白噪声射频输入通道、多个基站下行射频信号输入通道、一射频输出通道及功率检测反馈通道，射频合路模块通过该功率检测反馈通道与主控制器电性连接。

6.如权利要求5所述的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其特征在于，所述功分模块包括有一路射频输入通道及多路基站上行射频信号输入通道。

7.如权利要求1-6任一项所述的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其特征在于，所述以太网交换模块包括2路IEEE802.3协议规范的千兆以太网接口，主控制器通过该以太网接口与外部通信。

8.如权利要求1-6任一项所述的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其特征在于，所述航空离散线接口模块包括至少2路航空离散量输入通道、2路航空离散量输出通道。

9.如权利要求1-6任一项所述的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其特征在于，所述串口模块采用支持RS232协议的标准串口模块，该串口模块包括有一路串口。

10.如权利要求1-6任一项所述的民航客机客舱内蜂窝移动通信射频信号干扰装置，其特征在于，所述电源模块支持115VAC/400Hz和28VDC电源的输入。

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