CN201282454Y

CN201282454Y - 一种航空通信压扩系统

Info

Publication number: CN201282454Y
Application number: CNU2008201456971U
Authority: CN
Inventors: 林志华
Original assignee: 林志华
Current assignee: Quanzhou Z-Stone Technology Co., Ltd.
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2018-09-23

Abstract

本实用新型提供一种建设成本低、结构简单的航空通信压扩系统，包括地面站、天线系统、航空端及网管系统组成，地面站输入端与信号源连接，地面站的输出端与天线系统连接用于把处理后的信号输送至天线系统进行信号发射，航空端设于航空器上用于接收地面站发射的信号并解压后将信号覆盖于整个机舱，网管系统与地面站连接用于监控信号传输与计数。本实用新型用于地面与航空器之间的通信，具有时延小、成本低等优点，且不会危及飞行安全。

Description

一种航空通信压扩系统

技术领域

本实用新型涉及一种航空通信压扩系统，其用于地面与航空器之间基于公众移动通信网络的通信。

背景技术

近年来，随着便携式电子设备特别是移动电话的日益普及，在民用航空器上使用移动电话和其他电子设备的现象也日渐增多，对飞行安全已构成威胁。大量证据表明在飞机上使用移动电话等便携式电子设备会产生电磁干扰，造成飞机导航设备及自动驾驶系统等失灵进而严重危及航空器的飞行安全。特别是航空器无线电导航和通信系统在起飞、爬升、进近和着陆阶段，由于航空器高度较低，任何电磁干扰都有可能造成机毁人亡的严重后果。对导航系统会产生电磁干扰的设备包括主动和非主动的信号发射设备，其中有显著影响的是主动信号发射设备，如移动电话。根据国际公约规定，现行导航系统频道分别是1200兆赫、110兆赫、75兆赫，其他的信号发生器不得采用这些频道。但是，目前移动电话的频道如GSM系统是900兆赫、CDMA系统是800兆赫，这些公众移动通信网络所使用的频段与导航系统十分接近。一旦移动电话频率发生改变，与机上电子设备频率一一致或者发生干扰就十分危险。其他非主动信号发射设备如笔记本电脑、电子游戏机、摄像机和录音机等由于使用了高频率的时钟振荡器，也会产生干扰。另外激光唱盘和CD-ROM设备，由于激光传感器从盘上读取信息时会产生短暂的电压脉冲，足以干扰客舱地板下面的电子系统。国际上，包括美国、加拿大、欧洲联合航空局、新西兰在内的许多国家民航当局和航空公司在限制使用便携式电子设备方面先后制定了有关规章和程序。中国民航总局也先后制定了有关规章，要求航空公司在起飞前对旅客进行广播提示关闭移动电话。但是，仍有个别旅客缺乏安全意识和法律观念，对于机组的广播无动于衷，有意或无意地造成了多起险情，有的接近事故边缘，严重危及他人生命和财产的安全。近年来，随着通信事业的飞速发展，移动电话的使用已相当普及，从商务和民用方面来说，非常急切要求在飞机上实现通信。以打电话为例，乘客在规定的时间和区域拨通电话，手机信号首先被机载个人通讯设备接收，然后传输到通讯卫星上，地面接收器再将卫星信号发送至电话网络，才能连接到被呼叫的人，最终实现乘客与地面人员交谈。目前，高空通讯费用定价为每分钟5美元(约合30多元人民币)，如此昂贵的资费令人望而却步，还有人担心，航空公司会将高空通讯设备高昂的成本，通过机票价格上涨，变相转嫁给旅客。因此有必要开发一种相对简单的通信系统，其可以在保证安全实时通信的前提下降低通信成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种建设成本低、结构简单的航空通信压扩系统。

本实用新型所采用的技术方案是这样的：一种航空通信压扩系统，包括地面站、天线系统、航空端及网管系统组成，地面站输入端与信号源连接，地面站的输出端与天线系统连接用于把处理后的信号输送至天线系统进行信号发射，航空端设于航空器上用于接收地面站发射的信号并解压后将信号覆盖于整个机舱，网管系统与地面站连接用于监控信号传输与计数。

上述航空通信压扩系统，所述地面站包括近端双工器、上下行一体推动器、压扩模块、低噪放、高功放、远端双工器、导频处理单元、监控模块及远程通信模块，沿信号的压缩处理步骤，所述近端双工器、上下行一体推动器、压扩模块、高功放及远端双工器的输出端与输入端依次连接用于对下行信号的压缩处理，近端双工器的输入端与信号源连接，远端双工器的输出端与天线系统连接，所述远端双工器、低噪放、压扩模块、上下行一体推动器及近端双工器的输出端与输入端依次连接用于对上行信号的解压处理，所述监控模块分别与上下行一体推动器、压扩模块及高功放连接用于监控和检测各模块的通信状态，所述导频处理单元与监控模块连接用于向监控模块提供基准频率，所述远程通信模块与监控模块连接用于监控信号的远程传输。

上述航空通信压扩系统，所述航空端包括机外天线、近端双工器、上行低噪下行功放一体化、压扩模块、上行功放下行低噪一体化、远端双工器、机舱天线、监控模块及导频处理单元，所述机外天线、近端双工器、下行低噪上行功放一体化、压扩模块、上行功放下行低噪一体化、远端双工器及机舱天线的输出端与输入端依次连接用于对下行信号进行解压缩处理并覆盖至机舱，所述机舱天线、远端双工器、上行功放下行低噪一体化、压扩模块、上行低噪下行功放一体化、近端双工器及机处天线的输出端与输入端依次连接用于对上行信号进行压缩处理并输送至机外天线进行发射，所述监控模块与上行低噪下行功放一体化、压扩模块、上行功放下行低噪一体化分别连接用于监控和检测各模块的通信状态，导频处理单元与监控模块连接用于向监控模块提供基准频率。

通过采用前述技术方案，本实用新型的有益效果是：基站信号经过上下行一体推动器的前置放大，送到压扩模块中进行频段压缩处理并进行频率搬移，接着送到高功放进行功率放大，然后通过天线系统发射上去，航空端的机外天线把接收到的信号经过低噪声放大后在压扩模块中进行解压处理并进行多普勒频差校正，然后通过机内天线在航空器内进行信号覆盖，相对于现有的通过通迅卫星进行通信，且有时延小、成本低等优点，且频率隔离大，不会危及飞行安全。

附图说明

图1为实施例的系统方框图；

图2为实施例地面站系统原理方框图；

图3为实施例航空端系统原理方框图；

具体实施方式

参考图1、图2及图3，实施例公开一种航空通信压扩系统，包括地面站、天线系统、航空端及网管系统组成，地面站输入端与信号源连接，当信号下行时，地面站的输出端与天线系统连接用于把处理后的信号输送至天线系统进行信号发射，航空端设于航空器上用于接收地面站发射的信号并解压后将信号覆盖于整个机舱，网管系统与地面站连接用于监控信号传输与计数。当信号上行时，信号的传输链路与前述过程刚好相反。具体地说：地面站把信号源(比如GSM、CDMA等制式)进行频带压缩并进行频率转换，由大功率功放放大，然后通过天线系统把信号发射到飞机上，由航空端接收后并进行频带解扩及频率还原，覆盖整个机舱区域，从而实现飞行中的高空通信。采用监控单元对由于飞机高速飞行产生的多普勒频移及远距离传输产生的时延进行修正，采用地面站集中监控网管系统对整个系统的运行状态，采用短信、数据流量统计系统对业务进行统计。

参考图2，实施例的所述地面站包括近端双工器、上下行一体推动器、压扩模块、低噪放、高功放、远端双工器、导频处理单元、监控模块及远程通信模块，沿信号的压缩处理步骤，所述近端双工器、上下行一体推动器、压扩模块、高功放及远端双工器的输出端与输入端依次连接用于对下行信号的压缩处理，近端双工器的输入端与信号源连接，远端双工器的输出端与天线系统连接，所述远端双工器、低噪放、压扩模块、上下行一体推动器及近端双工器的输出端与输入端依次连接用于对上行信号的解压处理，所述监控模块分别与上下行一体推动器、压扩模块及高功放连接用于监控和检测各模块的通信状态，所述导频处理单元与监控模块连接用于向监控模块提供基准频率，并对由于飞机高速飞行所产生的多普勒效应频率偏移进行校准修正，所述远程通信模块与监控模块连接用于同整个通信系统的网络管理中心监控信号的远程传输，以实现对整个系统监视。

其中所述压扩模块采用本申请人在中国大陆申请的名称为数字移频直放站专利文献中所揭示的数字信号处理装置，所述数字信号处理装置包括下行信号处理装置及上行信号处理装置，所述下行信号处理装置由输出端与输入端依次串联连接的变频器、滤波器、数字增益控制器、低通滤波器、模数转换器、可编程序控制器、数模转换器、低通滤波器、IQ调制器、滤波器及变频器组成，所述上行信号处理装置由输出端与输入端依次串联连接的变频器、滤波器、数字增益控制器、低通滤波器、模数转换器、可编程序控制器、数模转换器、低通滤波器、IQ调制器、滤波器及变频器组成，所述下行信号处理装置与上行信号处理装置共用一个可编程序控制器且首尾端分别共用一个变频器，所述数字信号处理装置还设有监控单元、时间单元及电源单元，所述监控单元、时间单元及电源单元分别与可编程序控制器连接用于执行监控功能、时序控制及提供电源。

所述上下行一体推动器包括滤波器及功率放大器，其用于对基站系统输入、输出的上、下行信号进行滤波放大处理；

所述远程通信模块为某一制式手机模块，其可以同网管中心进行数据远程通信；

所述导频处理单元用于实现从导频信号调制或者解调功能，由FPGA芯片进行处理；

上述实施例中，所述压扩模块采用6载频，利用数字化技术实现频带压缩及解压，并可对频带进行调整，带宽在100M～1.5G都可以采用，近端双工器及远端双工器都使用30M带宽的双工器，具有较好的可扩展性。同时采用金属腔体滤波，收发隔离度高、增益平坦度好、稳定性高、噪声系数低。具体技术指标如下表：

参考图3，实施例的航空端包括机外天线、近端双工器、上行低噪下行功放一体化、压扩模块、上行功放下行低噪一体化、远端双工器、机舱天线、监控模块及导频处理单元，所述机外天线、近端双工器、上行低噪下行功放一体化、压扩模块、上行功放下行低噪一体化、远端双工器及机舱天线的输出端与输入端依次连接用于对下行信号进行解压缩处理并覆盖至机舱，所述机舱天线、远端双工器、上行功放下行低噪一体化、压扩模块、上行低噪下行功放一体化、近端双工器及机处天线的输出端与输入端依次连接用于对上行信号进行压缩处理并输送至机外天线进行发射，所述监控模块与上行低噪下行功放一体化、压扩模块、上行功放下行低噪一体化分别连接用于监控和检测各模块的通信状态，导频处理单元与监控模块连接用于向监控模块提供基准频率。

所述压扩模块采用与地面站相同的压扩模块；

所述上行低噪下行功放一体化用于实出对用户上行低噪声滤波放大及对基站系统下行信号的功率放大处理；

所述上行功放下行低噪一体化用于实现对基站系统下行信号的低噪声滤波放大及对用户上行信号的功率放大处理；

所述监控模块用于实现如下功能：

1)监控模块通过RS232接口接收上位机发下来的数据，然后解析所收到的数据，进行相应的操作，如设置ATT，开关等；

2)监控模块内还有485接口，可以其它模块如低噪放模块通信；

3)监控模块内有符合移动通信协议告警的各种接口，如掉电告警、外部告警接口，当发现有告警产生时，监控模块将实时把告警信息上报给监控中心。

接口方式：

1 RS-232接口；

2 RS-485接口；

3 GSM MODEM(data)方式；

4 GSM MODEM(SMS)方式；

航空端主要实现的功能：地面站信号经过机外天线接收后，低噪声放大电路进行前置放大，然后送到压扩模块中进行频段解扩处理并进行频率还原，接着把还原后的信号送到功率放大器进行功率放大，最后通过机舱天线覆盖整个机舱。

机舱内信号通过机舱天线接收后，经过低噪声放大器进行放大，在压扩模块进行频带压缩处理并进行频率搬移，然后通过功率放大器进行功率放大，最后由机外天线发射到地面。监控模块实现整个设备各个参数量的设置查询，可以实现实时的监控功能，具有本地监控(与PC通信)，并可以通过液晶显示模块进行本地操作。导频处理单元用于实现同步处理，相位频率校准。电源模块采用高稳定，长寿命模块，并设计备用电源。

航空端的压扩模块采用6载频，利用数字化技术实现频带压缩及解压，并可对频带进行调整，适用于100M～1.5G带宽，使用30M带宽的双工器，具有较好的可扩展性，采用铸铝整体机箱，功能模块化设计及防振设计，多普勒效应频差采用地面同步校正。其技术指标如下表：

由于航空端安装在飞机上，飞机在航空航线上高空高速飞行，这种运动方式固有的性质对于微波通信系统的传输性能起决定性的因素。传输距离、信号场强覆盖、多普勒频移等等问题都影响航空压扩系统指标。

现假设飞机飞行高度为10km，飞行速度为800km/H，即飞机在对流层中飞行，按电磁学垂直分布对大气层分层(电分层)，对流层、平流层里的空气分子基本没有电离，以分子状态存在，空气呈中性。

1)传输距离

自由空间通信距离方程：设发射功率为PT，发射天线增益为GT，工作频率为f.接收功率为PR，接收天线增益为GR，收、发天线间距离为R，那么电波在无环境干扰时，传播途中的电波损耗L0有以下表达式：

L0(dB)＝10Lg(PT/PR)

＝32.45+20 Lg f(MHz)+20 Lg R(km)-GT(dB)-GR(dB)

这里，工作频率f待定(100M～1500M)，传输距离R范围10km～100km，因此发射及接收天线增益要足够大。

2)信号场强覆盖

根据设备的输出功率及重发天线的类型预测设备开通后的覆盖范围及覆盖效果。在基本确定了设备的功率、重发天线的高度后，可对信号覆盖范围作一个初步的测算，利用陆地移动通信电波传播衰耗特性，通过Okumura模型可计算路径损耗。Okumra经验公式如下：

Lm＝69.55+26.16lgf-13.82log(hb)-a(hm)+[44.9-6.51log(hb)]log(d)

其中a(hm)为修正因子，对于中小城市：a(hm)＝2.53hm-3.8；大城市：a(hm)＝3.2[1g(11.75km)]12-4.97

hm为移动用户天线高度，取hm＝1.5m，则a(hm)＝0，通过路径损耗Lm可以测出覆盖距离。

3)多普勒频移

当终端在高速运动中通信，特别是移动情况下，终端和基站都有直视信号，接收端的信号频率会发生变化，这种现象称为多普勒频移。

因此接收信号的频率为fr＝ft±fd＝ft±(vr.ft)/c

式中，fr是接收信号频率；fd是多普勒频移；vr是飞机和地面站的相对速度，多普勒频移的正负号由卫星的运动方向决定，靠近为正，远离为负。多普勒效应对软切换的影响表现在，它会影响到终端的同频邻区测量性能，随着频偏的增加用户终端的测量性能也随之下降，当频偏超过某一门限后，软切换流程将无法触发。

4)信号源(基站)的要求

由于基站(信号源)与用户间的距离>100公里，其时延较长，将影响通信，因此，可以采用双时基基站以满足时延要求。

Claims

1、一种航空通信压扩系统，其特征在于：包括地面站、天线系统、航空端及网管系统组成，地面站输入端与信号源连接，地面站的输出端与天线系统连接用于把处理后的信号输送至天线系统进行信号发射，航空端设于航空器上用于接收地面站发射的信号并解压后将信号覆盖于整个机舱，网管系统与地面站连接用于监控信号传输与计数。

2、根据权利要求1所述的航空通信压扩系统，其特征在于：所述地面站包括近端双工器、上下行一体推动器、压扩模块、低噪放、高功放、远端双工器、导频处理单元、监控模块及远程通信模块，沿信号的压缩处理步骤，所述近端双工器、上下行一体推动器、压扩模块、高功放及远端双工器的输出端与输入端依次连接用于对下行信号的压缩处理，近端双工器的输入端与信号源连接，远端双工器的输出端与天线系统连接，所述远端双工器、低噪放、压扩模块、上下行一体推动器及近端双工器的输出端与输入端依次连接用于对上行信号的解压处理，所述监控模块分别与上下行一体推动器、压扩模块及高功放连接用于监控和检测各模块的通信状态，所述导频处理单元与监控模块连接用于向监控模块提供基准频率，所述远程通信模块与监控模块连接用于监控信号的远程传输。

3、根据权利要求1或2所述的航空通信压扩系统，其特征在于：所述航空端包括机外天线、近端双工器、上行低噪下行功放一体化、压扩模块、上行功放下行低噪一体化、远端双工器、机舱天线、监控模块及导频处理单元，所述机外天线、近端双工器、下行低噪上行功放一体化、压扩模块、上行功放下行低噪一体化、远端双工器及机舱天线的输出端与输入端依次连接用于对下行信号进行解压缩处理并覆盖至机舱，所述机舱天线、远端双工器、上行功放下行低噪一体化、压扩模块、上行低噪下行功放一体化、近端双工器及机处天线的输出端与输入端依次连接用于对上行信号进行压缩处理并输送至机外天线进行发射，所述监控模块与上行低噪下行功放一体化、压扩模块、上行功放下行低噪一体化分别连接用于监控和检测各模块的通信状态，导频处理单元与监控模块连接用于向监控模块提供基准频率。