CN104506652B - 一种实现航空无线通信系统混合业务信息共享传输的系统 - Google Patents
一种实现航空无线通信系统混合业务信息共享传输的系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种实现航空无线通信系统混合业务信息共享传输的系统，包含依次连接的基于时间统计的混合业务信息表征模块、混合业务信息分级模块、自适应混合业务信息融合模块、混合业务信息差异化配置模块和混合业务信息调制模块，采用基于时间统计的业务量信息评估策略，将飞行器机载设备的遥测信息、视频图像信息、任务载荷和设备状态信息等进行分级处理，并针对不同业务信息服务质量进行差异化配置，实现业务信息的识别和分离。本发明实现了混合业务信息的可靠共享信道传输，避免混合业务信息传输时每类业务占用独立信道，从而降低频谱识别的难度。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天的无线通信领域，尤其涉及航空航天飞行器中的无线通信设备，是一种兼容混合业务信息共享传输的实现方法。
背景技术
随着航空无线通信技术广泛普及，机载业务种类日益丰富。早期航空航天数据链系统大都采用分立体制，遥控、遥测、视频传输和跟踪定位采用各自独立的信道，占用较多频谱资源，并且为降低不同体制同时传输时的邻道干扰抑制，需在硬件和软件设计过程中采取各种方法来降低，增加了设备实现的复杂度。为简化设备并节省频谱，20世纪80年代后，航空航天数据链系统大量采用统一载波综合体制，根据业务需求和可能来进行不同程度的信息综合，构成不同形式的综合数据链系统。现如今，如何充分利用稀缺的无线通信资源为差异化的业务提供更好的服务是未来无线通信系统亟待解决的问题之一。目前，对于混合业务传输更多关注于较高层级的设计，如资源分配策略等，而对于物理层基带技术鲜有关注。不同业务信息对于服务质量要求的差异意味着物理层传输技术性能的要求存在差异，当采用性能单一物理层技术进行混合业务传输时，如果按照对传输性能要求最高的业务进行设计，传输低性能要求的业务时将造成通信资源的浪费，反之，则难以满足高质量业务需求。同时鉴于业务种类增多或业务信息切换频繁时，对数据链终端设备的处理能力将提出更高的要求，而且将不同业务孤立处理也不利于业务间通信资源协同分配的实现。
发明内容
为实现航空航天飞行器无线通信设备兼容多类业务信息传输，并根据业务信息服务质量的优劣来区分进行相应处理，从而实现航空航天飞行器混合业务信息的可靠传输，本发明的发明目的在于提供一种实现航空无线通信系统混合业务信息共享传输的系统，依据业务信息种类、业务信息服务质量等来构造共享传输信道，以实现航空航天飞行器遥测、遥控、跟踪定位和无线电测距等功能的可靠实现，以降低无线通信机载设备的体积和重量，降低实现成本，且提高系统的可维护性。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种实现航空无线通信系统混合业务信息共享传输的系统，包含依次连接的基于时间统计的混合业务信息表征模块、混合业务信息分级模块、自适应混合业务信息融合模块、混合业务信息差异化配置模块和混合业务信息调制模块；
所述基于时间统计的混合业务信息表征模块用于对业务信息进行单位时间内信息量的循环统计，输出不同业务信息单位时间内的波特率；
所述混合业务信息分级模块用于依据业务信息单位时间内的波特率和业务信息的先验知识对业务信息进行分级表征；
所述自适应混合业务信息融合模块用分级表征的业务信息构造混合业务信息共享传输的通信帧结构；
所述混合业务信息差异化配置模块对通信帧结构中的业务信息根据不同的分级表征采用不同的扩频方式和信道编码；
所述混合业务信息调制模块用于完成通信帧结构的调制功能，通过数模转换器进行发射，最终完成混合业务信息的共享信道传输。
依据上述特征，所述混合业务信息分级模块将业务信息分为三级，第Ⅰ级业务信息为：低波特率，高可靠性和高实时性的业务信息；第Ⅱ级业务信息为：中波特率，中可靠性和中实时性的业务信息；第Ⅲ级业务信息为：高波特率，低可靠性和低实时性的业务信息，所述低波特率为波特率小于1Mbps，所述中波特率为波特率大于等于1Mbps小于等于8Mbps，所述高波特率为波特率大于8Mbps小于等于32Mbps。
所述第Ⅰ级业务信息主要为遥控类信息，包含地面控制站发送的飞行器航路规划、飞行器作战任务规划、飞行器机载设备参数设置以及机载飞行器设备响应状态回报的指令；所述第Ⅱ级业务信息主要为遥测信息，包含飞行器机载设备的状态参数回报和机载红外视频源信息；所述第Ⅲ级业务信息主要为机载高清视频源信息，包含飞行器机载设备高清摄像头拍摄的视频源信息。
所述混合业务信息差异化配置模块对第Ⅰ级业务信息采用多进制扩频和级联码方式；第Ⅲ级业务信息采用Turbo/TPC/LDPC块编码方式；第Ⅱ级业务信息采用软扩频和级联码/Turbo/TPC/LDPC编码方式组合。
进一步，所述自适应混合业务信息融合模块用跟踪定位业务信息组成帧头，既实现跟踪定位又可用于通信的信道估计、定时载波恢复以及帧同步。
所述自适应混合业务信息融合模块对跟踪定位信息采用复正交互补序列集来进行构造，根据跟踪定位的精度需求进行自适应调整。
进一步，自适应混合业务信息融合模块用无线电测距业务信息组成通信帧结构的附加数据段，以提高频谱利用率。
所述自适应混合业务信息融合模块对无线电测距业务信息根据抗干扰以及测距精度需求进行自适应调整，采取不同的扩频和级联码编码方式。
本发明有如下几个主要的技术要点：
1、充分利用数字信号处理技术对机载不同业务信息进行表征，其实现简单，复杂度低；有效减小MAC层和应用层对业务信息进行划分的复杂度，降低MAC层和应用层资源分配策略实现的难度。
2、充分利用业务信息单位时间的波特率和业务信息的先验知识对其进行分级，使各类业务信息进行差异化设置时具有针对性，以最大程度提高业务信息传输的质量。
3、充分融合跟踪定位和无线电测距等业务信息，使其与其他业务信息共享同一个传输信道，提高机载设备的综合化能力，有效降低机载设备的体积与重量，降低实现成本。
4、充分利用业务信息的分级策略，对业务信息进行差异化配置，针对不同级别的业务信息采取不同的编码和抗干扰策略，以最大程度应对复杂电磁环境的干扰，提高通信设备服务质量的鲁棒性。
本发明的有益效果在于：
本发明基于时间统计的混合业务信息表征和分级策略，减小MAC层和应用层对业务信息进行划分的复杂度，降低资源分配策略实现的难度；融合跟踪定位和无线电测距等业务信息，构造混合业务信息共享传输的通信帧结构，提高机载设备的综合化能力，有效减小机载设备的体积与重量，降低实现成本；针对不同的业务信息采取相应的编码和抗干扰策略，以提高不同于业务信息应对复杂电磁环境的能力，满足用户对不同业务信息服务质量的要求，提高无线通信设备混合业务信息传输的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明一种实现航空无线通信系统混合业务信息共享传输的系统的结构图；
图2为本发明中基于时间统计的混合业务信息表征模块的工作原理图；
图3为本发明中混合业务信息分级模块的工作原理图；
图4为本发明中自适应混合业务融合模块的工作原理图；
图5为本发明中混合业务信息差异化配置模块的工作原理图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
为实现航空航天飞行器无线通信设备兼容多类业务信息传输，并根据业务信息服务质量的优劣来区分进行相应处理，从而实现航空航天飞行器混合业务信息的可靠传输。见图1，本发明主要包括：基于时间统计的混合业务信息表征模块、混合业务信息分级模块、自适应混合业务信息融合模块、混合业务信息差异化配置模块和混合业务信息调制模块。
(1)基于时间统计的混合业务信息表征模块(见图2)
基于时间统计的混合业务信息表征模块完成对业务信息n进行单位时间内信息量的循环统计，准确输出不同业务信息单位时间内的波特率Rsymbol。
(2)混合业务信息分级模块(见图3)
混合业务信息分级模块主要依据(1)中不同业务信息波特率和预知的业务信息先验知识对业务信息进行分级，主要分为三级。第Ⅰ级为：低波特率(Rsymbol<1Mbps)、高可靠性、高实时性；第Ⅱ级为：中波特率(1Mbps≤Rsymbol≤8Mbps)、中可靠性、中实时性；第Ⅲ级为：高波特率(8Mbps＜Rsymbol≤32Mbps)、低可靠性、低实时性；其中第Ⅰ级主要为遥控类信息，主要涉及地面控制站发送的飞行器航路规划、飞行器作战任务规划、飞行器机载设备参数设置以及机载飞行器设备响应状态回报等指令，其关系到飞行器运行的安全、可控和可靠，因此要求进行高可靠性和高实时性传输；第Ⅱ级主要为遥测信息，主要涉及飞行器机载设备的状态参数回报和机载红外视频源信息等，其主要关系到地面控制站对飞行器飞行过程中的状态显示以及对红外视频源的特征提取，要求进行中可靠性和中实时性传输；第Ⅲ级为主要为机载高清视频源信息，其主要为飞行器机载设备高清摄像头拍摄的视频源信息，其主要用于地面控制站人员进行图像采集与特征识别，要求进行低可靠性和低实时性传输。
将混合业务信息分为三级，最大程度降低数字后端实现的复杂度，同时“三级思想”基本覆盖现有不同业务信息的传输量，贴近工程实用，以“分级最小化”实现信息传输的多样化。
(3)自适应混合业务融合模块(见图4)
自适应混合业务融合模块通过将跟踪定位和无线电测距等业务信息进行融合，构造混合业务信息共享信道传输的通信帧结构。通过将其跟踪定位信息融合到通信帧结构设计中，与原有通信帧结构的帧头设计融为一体，既实现跟踪定位又可用于通信的信道估计、定时载波恢复以及帧同步，并且本发明中跟踪定位业务信息采用复正交互补序列集来进行构造，其可根据跟踪定位的精度需求进行自适应调整，复正交互补序列构造简单易实现，且不易被破解；同时无线电测距业务信息融合到通信帧结构的附加数据段中，充分利用频谱带宽，以实现频谱的高效利用率，同时无线电测距业务信息可根据抗干扰以及测距精度需求进行自适应调整，采取不同的扩频和级联码编码方式，以实现测距精度的高可靠性。
(4)混合业务信息差异化配置模块(见图5)
混合业务信息差异化配置模块主要依据(2)中对业务信息的分级来进行差异化配置。配置策略涉及扩频方式和信道编码方式。第Ⅰ级采用多进制扩频和级联码(RS交织加卷积)策略；第Ⅲ级主要采用Turbo/TPC/LDPC等块编码方式；第Ⅱ级介于前二者之间，可采用软扩频和级联码/Turbo/TPC/LDPC等编码方式的组合。依据业务信息的分级对其进行差异化配置，充分发挥多进制扩频、软扩频、级联码/Turbo/TPC/LDPC等编码方式在不同波特率下的优势，可有针对性地提高不同业务信息的服务质量，满足用户需求。
(5)混合业务信息调制模块
混合业务信息调制模块主要完成混合业务通信帧结构的调制功能，通过数模转换器进行发射，最终完成混合业务信息的共享信道传输。
Claims (8)
1.一种实现航空无线通信系统混合业务信息共享传输的系统，包含依次连接的基于时间统计的混合业务信息表征模块、混合业务信息分级模块、自适应混合业务信息融合模块、混合业务信息差异化配置模块和混合业务信息调制模块，其特征在于：
所述基于时间统计的混合业务信息表征模块用于对业务信息进行单位时间内信息量的循环统计，输出不同业务信息单位时间内的波特率；
所述混合业务信息分级模块用于依据业务信息单位时间内的波特率和业务信息的先验知识对业务信息进行分级表征；
所述自适应混合业务信息融合模块用分级表征的业务信息构造混合业务信息共享传输的通信帧结构；
所述混合业务信息差异化配置模块对通信帧结构中的业务信息根据不同的分级表征采用不同的扩频方式和信道编码；
所述混合业务信息调制模块用于完成通信帧结构的调制功能，通过数模转换器进行发射，最终完成混合业务信息的共享信道传输。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述混合业务信息分级模块将业务信息分为三级，第Ⅰ级业务信息为：低波特率，高可靠性和高实时性的业务信息；第Ⅱ级业务信息为：中波特率，中可靠性和中实时性的业务信息；第Ⅲ级业务信息为：高波特率，低可靠性和低实时性的业务信息，所述低波特率为波特率小于1Mbps，所述中波特率为波特率大于等于1Mbps小于等于8Mbps，所述高波特率为波特率大于8Mbps小于等于32Mbps。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述第Ⅰ级业务信息主要为遥控类信息，包含地面控制站发送的飞行器航路规划、飞行器作战任务规划、飞行器机载设备参数设置以及机载飞行器设备响应状态回报的指令；所述第Ⅱ级业务信息主要为遥测信息，包含飞行器机载设备的状态参数回报和机载红外视频源信息；所述第Ⅲ级业务信息主要为机载高清视频源信息，包含飞行器机载设备高清摄像头拍摄的视频源信息。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述混合业务信息差异化配置模块对第Ⅰ级业务信息采用多进制扩频和级联码方式；第Ⅲ级业务信息采用Turbo/TPC/LDPC块编码方式；第Ⅱ级业务信息采用软扩频和级联码/Turbo/TPC/LDPC编码方式组合。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于自适应混合业务信息融合模块用跟踪定位业务信息组成帧头。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于所述自适应混合业务信息融合模块对跟踪定位信息采用复正交互补序列集来构造帧头，根据跟踪定位的精度需求进行自适应调整。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述自适应混合业务信息融合模块用无线电测距业务信息组成通信帧结构的附加数据段。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于所述自适应混合业务信息融合模块对无线电测距业务信息根据抗干扰以及测距精度需求进行自适应调整，采取不同的扩频和级联码编码方式。
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