CN105991275B - 使用无线电测高计频谱用于无线信号的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种航空电子系统包括多个航空电子组件；至少一个OFDM发射器，其被耦合到多个航空电子组件中的相应一个或多个并被配置成发射包括多个子带的无线OFDM信号；至少一个OFDM接收器，其被耦合到多个航空电子组件中的相应一个或多个并被配置成接收由OFDM发射器发射的无线OFDM信号；以及无线电测高计，其被配置成发射以预定义的速率和周期扫描被分配给无线电测高计的频谱的信号音。至少一个OFDM发射器被配置成在被分配给无线电测高计的频谱中发射无线OFDM信号以及被配置成顺序地关闭与信号音频率扫描的预定义的速率和周期同步的多个子带的相应子集。

Description

使用无线电测高计频谱用于无线信号的系统和方法
背景技术
常规的飞行器通信系统包括飞行器机载的运行通信系统，以及用于环境安全、引擎、起落架、接近检测等的传感器。传统的通信系统需要复杂的电气布线和导线制造（harness fabrication），这给飞行器增加了重量。这些系统还经常依赖于双倍或三倍冗余度以减轻切割或损坏布线的风险。
可靠的无线通信的到来使得在飞行器内和飞行器外使用无线信号用于机载通信是可行的。这些通信系统可以被用于各种应用，包括传感器、执行器（actuator）、飞行人员应用等。然而，用于飞行器安全服务和飞行规律性的通信需要不与未被许可的系统（诸如工业、科学和医学（ISM）系统或Wi-Fi）分享的受保护的航空学频谱。另外，用于这样的无线航空电子通信的可用的频谱是有限的。
发明内容
在一个实施例中，提供了航空电子系统。该航空电子系统包括多个航空电子组件；至少一个正交频分多路复用（OFDM）发射器，其被耦合到多个航空电子组件中的相应一个或多个并被配置成发射包括多个子带的无线OFDM信号；至少一个OFDM接收器，其被耦合到多个航空电子组件中的相应一个或多个并被配置成接收由OFDM发射器发射的无线OFDM信号；以及无线电测高计，其被配置成发射以预定义的速率和周期扫描被分配给无线电测高计的频谱的信号音。至少一个OFDM发射器被配置成在被分配给无线电测高计的频谱中发射无线OFDM信号。至少一个OFDM发射器被配置成顺序地关闭与信号音频率扫描的预定义的速率和周期同步的多个子带的相应子集。
附图说明
理解附图仅描绘示例性实施例并且因此不应被考虑为在范围方面是限制性的，将通过使用附图采用另外的特殊性和细节描述示例性实施例，其中：
图1是示例性航空电子系统的一个实施例的框图。
图2A和2B描绘被分配给无线电测高计的示例性频谱。
图3是示例性正交频分多路复用发射器的一个实施例的框图。
图4是描绘传递数据的示例性方法的一个实施例的流程图。
根据惯例，各种描述的特征未被按比例绘制而是被绘制以强调与示例性实施例相关的特定特征。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中以例证的方式示出特定的例证性实施例。然而要理解的是，可以利用其它实施例，并且可以进行逻辑的、机械的、以及电学的改变。另外，在附图和说明书中呈现的方法不应被解释为限制其中可以执行个别步骤的顺序。因此，以下详细描述不应被理解为限制性意思。
图1是示例性航空电子系统100的一个实施例的高级框图。系统100包括多个航空电子组件102，其被配置成无线地与彼此通信。航空电子组件102可以被实现为在飞行器上的需要与另一组件通信的任何适当的组件。例如，航空电子组件102可以被实现为执行器、传感器、航线可更换单元等。例如，适当的执行器可以包括但不被限于乘客扬声器、乘客显示器、氧气释放单元等，它们响应于来自飞行人员的命令以向乘客提供信息或以执行动作。另外，适当的传感器可以包括但不被限于制动状态监控器、轮胎压力监控器、引擎传感器等，它们向被配置成分析和/或向飞行人员提供传感器数据的控制单元提供信息。虽然出于解释的目的在图1中只示出了两个航空电子组件，但是要理解的是，在其它实施例中可以使用多于两个的航空电子组件。因此，系统100可以被实现为包括或双向地或在单个通信方向中与彼此无线地通信的两个或更多组件的飞行器机载的任何航空电子系统。
系统100使用用于在航空电子组件102之间的通信的任何机载无线技术。对本领域技术人员来说这样的无线技术是已知的并且本文中不更详细地讨论它们。在该示例中，航空电子组件102-1被耦合到增强的正交频分多路复用（OFDM）发射器104，并且航空电子组件102-2被耦合到OFDM接收器108。因此，航空电子组件102-1使用OFDM信号与航空电子组件102-2无线地通信。如本领域技术人员理解的那样，OFDM信号包括多个被紧密地间隔的经调制的载波。虽然来自每个载波的边带重叠，但是仍能够在没有可能被预期的干扰的情况下接收它们，因为它们正交于彼此。
系统100还包括无线电测高计（RA）106。RA106被配置成朝向地面或表面发射具有已知功率的单个信号音（例如，调频连续波（FMCW）音）。该单个信号音采用预定义的速率和周期扫描被分配给RA106的频谱。特别地，在该示例中，给RA106分配4200MHz-4400MHz的频谱。然而，RA106可以仅利用所分配的频谱的一部分。例如，RA106可以仅利用4235MHz-4365MHz跨度。要理解的是，在其它实施例中可以分配其它频谱用于由RA106使用。类似地，在其它实施例中RA106可以利用所分配的频谱的其它部分。信号音与在飞行器下面的地面或表面互相作用，并且入射的信号音的部分反射回到RA106。通过测量用于接收该反射所花费的时间量，RA106能够确定系统100位于其上的飞行器的高度。对本领域技术人员来说无线电测高计的运行是已知的，并且本文中不更详细地讨论它。
面向无线航空电子系统的一个挑战是用于无线通信的可用频谱的受限的量。本文中描述的实施例通过将在系统100中的增强的OFDM发射器104配置成在不干扰RA106的常规运行的情况下使用被分配给RA106的带宽来解决受限的频谱的问题。特别地，RA106的运行对飞行安全来说是关键的，并且因此系统100被配置成在不影响RA106性能的情况下分享被分配给RA106的带宽。
如上面讨论的那样，FMCW RA106输出线性地扫描通过所分配的带宽的单个信号音。因此，RA106在时间中给定的点处仅使用所分配的带宽的一部分。将增强的OFDM发射器104和OFDM接收器108与RA信号扫描的周期和速率同步。例如，可以通过追踪RA信号并使用其来管理OFDM载波来实现同步。如上面陈述的那样，在一些实施例中预确定RA信号扫描的周期和速率。因此，在一些这样的实施例中，采用针对周期和扫描速率的预确定的值配置增强的OFDM发射器104和OFDM接收器108。
基于由RA106输出的信号音的周期和扫描速率，OFDM发射器104被配置成选择性地关闭在时间中给定的点处重叠来自RA106的信号音的频率的OFDM信号的相应子带（例如，插入零（insert zeros））。例如，图2A和2B描绘被分配给RA106的示例性频谱的图表。特别地，在图2的示例中，RA106占用从4235MHz到4365MHz的频谱。如上面提及的那样，信号音201以预定义的周期和扫描速率扫描通过所利用的频谱。因此，在时间中任何给定的点处，信号音201仅占用所分配的频谱的一部分。例如，在示例性图2A中，即时发射的信号音201位于在4235MHz和4365MHz之间的第一频率处。然而如在图2B中示出的那样，在随后的时间处，即时发射的信号音201位于第二频率处。增强的OFDM发射器104被配置成发射具有在被分配给RA106的频谱的未使用的部分中的子带203的信号，并且被配置成当相应子带203对应于RA信号音201的频率时选择性地关闭它们，如在图2A和2B中示出的那样。特别地，在一个实施例中，为了避免当信号音201跨过频谱行进时的在OFDM信号和信号音201之间的干扰，OFDM发射器104不在相应子带上调制任何数据或针对相应子带期间插入零，以有效地关闭相应子带。
另外，在一些实施例中，增强的OFDM发射器104被配置成使用具有等于或大于RA106的差拍带宽的2倍或更多倍的带宽的子带或载波。差拍带宽是由所发射的信号音和所接收的反射产生的差拍信号的带宽。在一个这样的实施例中，差拍带宽为近似50kHz。因此在该实施例中，增强的OFDM发射器104被配置成利用具有等于或大于100kHz的带宽的子带。通过对每个子带使用等于或大于差拍带宽两倍的带宽，在没有来自由增强的OFDM发射器104发射的信号的干扰的情况下为要被接收的反射信号保留了足够的带宽。另外，要理解的是，在一些实施例中，RA106发射多于一个RA信号。在这样的实施例中，增强的OFDM发射器104被配置成同时地陷波（notch）或有效地关闭相应子带以避免每个RA信号。
虽然在图1中出于解释的目的示出单个OFDM发射器104和OFDM接收器108，但是要理解的是，可以在其它实施例中使用多于一个的OFDM发射器104和/或多于一个的OFDM接收器108。例如，在一些实施例中，实现多个OFDM发射器，其中每个OFDM发射器被集成到相应航空电子组件中。在其它实施例中，可以将单个OFDM发射器耦合到两个或更多航空电子组件以从该两个或更多航空电子组件中的每一个发射数据。另外，在一些实施例中，无线电测高计106是被耦合到OFDM发射器104的航空电子组件用于高度测量数据的无线发射。
在图3中示出示例性增强的OFDM发射器300的一个实施例。增强的OFDM发射器300可以被用于实现上面讨论的增强的OFDM发射器104。增强的OFDM发射器300包括串并转换器301，其被配置成将输入串行数据转换成x比特的并行数据流，其中x是比特数。增强的OFDM发射器300还包括信号映射器303，其被耦合到串并转换器301并且被配置成映射或调制所述比特的并行数据流。例如，在一些实施例中，信号映射器303被配置成实现相移键控（PSK）调制（例如，二进制PSK或正交PSK）。在其它实施例中，信号映射器303被配置成实现其它调制方案，诸如但不被限于，正交振幅调制（QAM）。
如本领域技术人员理解的那样，导频伪噪声（PN）序列插入单元305被配置成插入导频信号以帮助在增强的OFDM发射器300和OFDM接收器之间的信道估计和同步。如本领域技术人员理解的那样，保护位插入单元307插入保护间隔以减少由多路径失真引起的符号间干扰（ISI）。通过逆快速傅里叶变换（iFFT）309将保护位插入单元307的输出转换成OFDM信号。如本领域技术人员已知的那样，然后来自iFFT的OFDM信号被转换成模拟信号并被传递通过在转换器311中的低通滤波器（LPF）。如本领域技术人员已知的那样，然后经滤波的模拟信号在上变频器313中被上变频用于射频（RF）发射并从天线315被辐射。
增强的OFDM发射器300还包括RA信号追踪器317。RA信号追踪器317被配置成追踪由无线电测高计输出的信号音的周期和扫描速率。换言之，RA信号追踪器317被配置成维持在增强的OFDM发射器300和无线电测高计之间的同步。RA信号追踪器317向导频PN序列插入单元305提供输入，其引起导频PN序列插入单元305为对应于由无线电测高计输出的信号音的频率的子载波插入零值。由于对应于信号音的频率的子载波包含零值，因此不调制针对所述相应子载波的数据并且在该相应子载波中的OFDM信号的功率近似为零。因此，有效地关闭了对应于信号音的频率的子载波。
通过选择性地关闭与信号音的频率扫描和周期同步的相应子带，本文中描述的实施例使实现在不干扰无线电测高计运行的情况下使用被分配给无线电测高计的频率带宽用于在航空电子组件之间传递数据。因此，本文中描述的实施例通过在不对或者无线电测高计或者航空电子组件之间的通信干扰的情况下允许有效的带宽分享来帮助减轻用于在航空电子组件之间的无线通信的受限带宽的问题。
可以采用被配置成执行相应组件的功能的处理设备实现增强的OFDM发射器300的组件中的一个或多个，所述处理设备诸如现场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）、或微处理器。例如，在一些实施例中，处理单元被配置成执行被存储在有形媒体上的指令以执行相应功能。在这样的实施例中，处理单元包括用于实现在发射OFDM信号并选择性地关闭与信号音频率扫描同步的子带中使用的各种方法、过程任务、计算、和控制功能的软件程序、固件或其它计算机可读指令或利用该软件程序、固件或其它计算机可读指令运行。
代表性地，将这些指令存储在被使用用于计算机可读指令或数据结构的储存的任何适当的计算机可读媒体上。计算机可读媒体可以被实现为可以由通用或专用计算机或处理器、或任何可编程逻辑设备访问的任何可用媒体。适当的处理器可读媒体可以包括诸如磁或光媒体的储存或存储媒体。例如，储存或存储媒体可以包括常规硬盘、紧凑盘-只读存储器（CD-ROM）、易失性或非易失性媒体，诸如随机存取存储器（RAM）（包括但不被限于同步动态随机存取存储器（SDRAM）、双倍数据速率（DDR）RAM、RAMBUS动态RAM（RDRAM）、静态RAM（SRAM）等）、只读存储器（ROM）、电可擦可编程ROM（EEPROM）、以及闪存存储器等。适当的处理器可读媒体还可以包括传输媒体，经由通信媒体（诸如网络和/或无线链路）传送诸如电、电磁、或数字信号。
图4是传递数据的示例性方法400的一个实施例的流程图。可以由诸如上面讨论的增强的OFDM发射器104和300的OFDM发射器实现方法400。在块402处，如上面讨论的那样，处理输入数据流以形成具有多个子带的OFDM信号。在块404处，顺序地禁用与由无线电测高计输出的信号音的频率扫描速率和周期同步的多个子带的相应子集，使得只有相应被禁用的子集重叠信号音。换言之，如上面讨论的那样，当信号音以给定的速率和周期扫描被分配给无线电测高计的频谱时，禁用在时间中任何给定的点处可能重叠信号音的子带的每个子集，使得信号音仅重叠被禁用的子集。在一些实施例中，禁用多个子带的每个相应子集包括将零插入到对应于每个相应子集的OFDM信号的部分中。
如在本文中使用的那样，术语“子集”指的是多个子带的至少一个但是少于所有的排他性分组。因此，每个子带都是仅一个子集的成员。在一些实施例中，每个子集仅包括单个子带。在其它实施例中，每个子集包括两个或更多子带。另外，在一些实施例中，配置每个子集使得每个子集的带宽等于或大于无线电测高计差拍带宽的两倍。在其中每个子集包括单个子带的实施例中，每个子带具有等于或大于差拍带宽两倍的带宽。在其中每个子集包括两个或更多子带的实施例中，在每个子集中的子带的合计总带宽等于或大于差拍带宽的两倍。在块406处，在被分配给无线电测高计的频谱中发射OFDM信号。
示例实施例
示例1包括一种航空电子系统，包括：多个航空电子组件；至少一个正交频分多路复用（OFDM）发射器，其被耦合到所述多个航空电子组件中的相应一个或多个并被配置成发射包括多个子带的无线OFDM信号；至少一个OFDM接收器，其被耦合到所述多个航空电子组件中的相应一个或多个并被配置成接收由所述OFDM发射器发射的所述无线OFDM信号；以及无线电测高计，其被配置成发射以预定义的速率和周期扫描被分配给所述无线电测高计的频谱的信号音；其中所述至少一个OFDM发射器被配置成在被分配给所述无线电测高计的频谱中发射无线OFDM信号；其中所述至少一个OFDM发射器被配置成顺序地关闭与所述信号音频率扫描的预定义的速率和周期同步的所述多个子带的相应子集。
示例2包括示例1的航空电子系统，其中所述多个子带的每个子集包括单个子带。
示例3包括示例2的航空电子系统，其中所述单个子带具有等于或大于所述无线电测高计的差拍带宽的两倍的带宽。
示例4包括示例3的航空电子系统，其中所述差拍带宽近似等于50kHz。
示例5包括示例1-4中的任何的航空电子系统，其中被分配给所述无线电测高计的所述频谱范围从4200MHz到4400MHz。
示例6包括示例1-5中的任何的航空电子系统，其中所述OFDM发射器被配置成通过将零插入到对应于每个相应子集的OFDM信号的部分中来关闭所述多个子带的每个相应子集。
示例7包括示例1-6中的任何的航空电子系统，其中所述多个航空电子组件包括所述无线电测高计，所述无线电测高计被耦合到所述OFDM发射器用于包含高度测量的OFDM信号的发射。
示例8包括示例1-7中的任何的航空电子系统，其中所述至少一个OFDM发射器包括多个OFDM发射器，所述多个OFDM发射器中的每一个被集成到所述多个航空电子组件的相应一个中。
示例9包括示例1-8中的任何的航空电子系统，其中所述至少一个OFDM发射器被耦合到所述多个航空电子组件中的两个或更多，使得所述两个或更多航空电子组件中的每一个都经由相同的OFDM发射器无线地通信。
示例10包括示例1-9中的任何的航空电子系统，其中所述多个航空电子组件中的每一个都包括执行器、传感器、或控制单元之一。
示例11包括一种传递数据的方法，所述方法包括：处理输入数据流以形成具有多个子带的正交频分多路复用（OFDM）信号；顺序地禁用与由无线电测高计输出的信号音的频率扫描速率和周期同步的所述多个子带的相应子集，使得仅相应被禁用的子集重叠所述信号音；以及在被分配给所述无线电测高计的频谱中发射所述OFDM信号。
示例12包括示例11的方法，其中所述多个子带的每个子集包括单个子带。
示例13包括示例11的方法，其中所述多个子带的每个子集包括两个或更多子带。
示例14包括示例11-13中的任何的方法，其中禁用所述多个子带的每个相应子集包括将零插入到对应于每个相应子集的OFDM信号的部分中。
示例15包括示例11-14中的任何的方法，其中所述多个子带的每个子集具有等于或大于所述无线电测高计的差拍带宽的两倍的带宽。
示例16包括一种程序产品，包括在其上体现程序指令的处理器可读媒体，其中当由至少一个可编程处理器执行所述程序指令时，所述程序指令被配置成引起所述至少一个可编程处理器用于：处理输入数据流以形成具有多个子带的正交频分多路复用（OFDM）信号；顺序地禁用与由无线电测高计输出的信号音的频率扫描速率和周期同步的所述多个子带的相应子集，使得仅相应被禁用的子集重叠所述信号音；以及输出所述OFDM信号用于在被分配给所述无线电测高计的频谱中发射。
示例17包括示例16的程序产品，其中所述多个子带的每个子集包括单个子带。
示例18包括示例16的程序产品，其中所述多个子带的每个子集包括两个或更多子带。
示例19包括示例16-18中的任何的程序产品，其中所述程序指令被配置成引起所述至少一个可编程处理器用于禁用所述多个子带的每个相应子集包括通过将零插入到对应于每个相应子集的OFDM信号的部分中。
示例20包括示例16-19中的任何的程序产品，其中所述多个子带的每个子集具有等于或大于所述无线电测高计的差拍带宽的两倍的带宽。
虽然本文中图解并描述了特定的实施例，但是本领域技术人员将领会的是，目的在于实现相同目的的任何布置都可以取代示出的特定实施例。因此，明确地意图为本发明仅由权利要求和其等价物限制。

Claims (3)

1.一种传递数据的方法（400），所述方法包括：
处理输入数据流以形成具有多个子带的正交频分多路复用（OFDM）信号（402）；
顺序地禁用与由无线电测高计输出的信号音的频率扫描速率和周期同步的所述多个子带的相应子集，使得仅相应被禁用的子集重叠所述信号音（404）；以及
在被分配给所述无线电测高计的频谱中发射所述OFDM信号（406）。
2.根据权利要求1所述的方法（400），其中禁用所述多个子带的每个相应子集包括将零插入到对应于每个相应子集的OFDM信号的部分中。
3.根据权利要求1所述的方法（400），其中所述多个子带的每个子集具有等于或大于所述无线电测高计的差拍带宽的两倍的带宽。
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