JP2002190751A

JP2002190751A - 多機能無線機用スライス・ベース・アーキテクチャ

Info

Publication number: JP2002190751A
Application number: JP2001261065A
Authority: JP
Inventors: Gregory O Jones; グレゴリー・オー・ジョーンズ; Michael E Campbell; マイケル・イー・キャンベル
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2002-07-05
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: JP3828770B2; EP1193888B1; EP1601111A3; EP2249483A3; DE60113622D1; US7016674B2; EP2249483A2; US8019336B2; DE60113622T2; US20060141954A1; US20040087283A1; EP1193888A1; EP1601111A2; EP1601111B1

Abstract

(57)【要約】【課題】電子無線システム用電子無線システム多機能
スライスを提供する。【解決手段】スライス（１００）は、アンテナ・イン
ターフェース（１０２）と、数個のマルチバンド送受信
機（１０６〜１１２）と、プロセッサ（１０４）と、ア
ビオニクス・インターフェース（１１４）とを含む。ア
ンテナ・インターフェースは、航空機のアンテナ予備調
整器に結合する。プロセッサは、マルチバンド送受信機
およびアンテナ・インターフェース（１０２）に結合さ
れ、送受信機（１０６〜１１２）およびアンテナ・イン
ターフェース（１０２）を制御して、少なくとも２つの
独立した無線機能スレッドのために、信号およびデータ
処理を行なう。また、プロセッサ（１０４）は、航空機
のアビオニクス・ネットワークに接続するアビオニクス
・インターフェース（１１４）にも結合され、各多機能
スライス（１００）は、プログラム可能な多機能無線機
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アビオニクスおよ
び電子無線システムに関する。特に、本発明は、電子無
線システムを構築するための、スライス・ベース（ｓｌ
ｉｃｅｂａｓｅｄ）アーキテクチャに関する。

【０００２】

【従来の技術】本願は、同時に出願した米国特許出願第
０９／６５１，７５２号、および米国特許第０９／６５
１，７５４号に関連している。

【０００３】軍用航空機は、３つの重要な部類の機能、
即ち通信、ナビゲーション（航行）および識別（ＣＮ
Ｉ）を実装可能な電子無線またはＣＮＩアビオニクス・
システムを必要とする。通信機能は、例えば、音声無線
を通じた通信およびデータ・ネットワークへのインター
フェースを含み、航行機能は、例えば、入力無線ビーコ
ン、グライドスロープ指示、および全地球測位システム
（ＧＰＳ）の受信を含み、識別機能は、例えば、敵味方
識別質問（インテロゲーション）を含む。民間航空機の
場合、識別機能は不要であり、通常ナビゲーション（監
視）機能が代わりに設けられる。監視機能は、例えば、
他の航空機の位置および飛行経路判定を含む。通信機
能、航行機能、識別機能、および監視機能を、以下では
まとめて電子無線システムの無線機能と呼ぶことにす
る。

【０００４】従来では、所定の独立したリソース・アセ
ット（ｒｅｓｏｕｒｃｅａｓｓｅｔ）集合体が典型的
な無線機能を遂行していた。リソース・アセットは、例
えば、アンテナ、アンテナ予備調整ユニット、トランシ
ーバ（送受信機：即ち、送信機および受信機）、モデム
（即ち、変調器および復調器）、ディジタル信号プロセ
ッサ、増幅器、マイクロフォン、ヘッドセット等を含
む。したがって、音声チャネル受信無線機能は、アンテ
ナ、アンテナ予備調整ユニット、増幅器、受信機、復調
器、ディジタルーアナログ変換器、およびヘッドセット
を用いれば、遂行することができる。リソース・アセッ
トは、当該リソース・アセットが実行するように設計さ
れた特定の無線機能専用であった。

【０００５】言い換えると、従来の電子無線システム
は、設けようとする無線機能性に唯一のポイント設計ア
ーキテクチャ（ｐｏｉｎｔｄｅｓｉｇｎａｒｃｈｉ
ｔｅｃｔｕｒｅ）を用いて開発されていた。各無線機能
は、別個の専用アーキテクチャを必要とし、そのために
設計が固定化するので、例えば、性能アップグレードや
技術向上のための変更が困難であった。航空機が実行し
なければならない無線機能の総数が増大するに連れて、
電子無線システムの複雑性およびサイズ、重量、ならび
に電力要求量も全体として増大した。しかしながら、航
空機においてサイズ、重量、および電力要求量を制限す
る必要性は、最重要課題である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】航空機、特に軍用航空
機は、共通して、その航空計画がミッション・セグメン
トと呼ばれる単位に細分されている。一般に、いずれの
所与のミッション・セグメントにおいても、航空機は、
当該航空機が対応する無線機能の内所定の部分集合のみ
を実施するに過ぎない。その例として、ミッション・セ
グメントは、無線機能の内第１部分集合が動作する「出
発および復帰（リカバリ）」、無線機能の内第２部分集
合が動作する「空中戦闘および地上攻撃」、および無線
機能の内第３部分集合が動作する「基地への安全な帰
還」を含む場合がある。航空機は個々のミッション・セ
グメントの間その全ての無線機能の内部分集合のみを用
いるに過ぎないが、過去の電子無線システムの設計で
は、多くの場合、航空機は、常時無線機能全てを備える
ために必要なリソース・アセット全てを装備しなければ
ならなかった。

【０００７】無線機能データが、当該無線機能をサポー
トするリソース・アセットを通過する経路を、機能スレ
ッド（ｔｈｒｅａｄ）と呼ぶ。例えば、ＶＨＦ音声受信
無線機能スレッドは、ＶＨＦアンテナにおいて開始し、
ＶＨＦアンテナ・インターフェース・ユニット、ＶＨＦ
受信機、信号プロセッサ、オーディオ制御パネルを経由
し、最終的にヘッドセットに至る。従来の設計技法にお
いて欠点となる状況の１つに、無線機能スレッドを形成
する際に、独立したリソース・アセットの集合を用いる
ことがあげられる。言い換えると、リソース・アセット
は、現ミッション・セグメントに対する無線機能の必要
性に基づいて共有されておらず、このため電子無線シス
テムを実現するためのリソース・アセットが過剰に装備
されていた。

【０００８】電子航空無線システムのサイズ、重量、お
よびコストを抑える努力において、ブロック構築手法が
開発された。各構築ブロック（ビルディング・ブロッ
ク）は、異なる数個の無線機能が必要とする処理の一部
を実行することができる。しかしながら、多くの異なる
形式の構築ブロックが存在した。したがって、多種多様
の構築ブロックを用いて構築された電子無線システム
は、共通の設置、パッケージングおよびインフラストラ
クチャ・リソースを共有することができるが、制御およ
びデータ・ルーティングの統合の結果、無線機能間に複
雑な相互依存性が生じてしまった。この相互依存性は、
更に、開発サイクルを複雑化し、別の無線機能の修理、
交換、またはアップグレードの結果、存在している無線
機能に対して予期せぬ影響を及ぼす潜在的可能性が高く
なった。

【０００９】当業界では、以上に記した問題およびこれ
までに認められているその他の問題に対処する電子無線
システムにおいて用いられる多機能無線が長い間求めら
れていた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の好適な実施形態
は、電子無線システムの多機能スライスを提供する。こ
のスライスは、アンテナ受信／送信インターフェース
と、数個のマルチバンド送受信機と、プロセッサと、ア
ビオニクス・インターフェースとを含む。アンテナ・イ
ンターフェースは、航空機のアンテナ予備調整器に結合
する。

【００１１】プロセッサは、マルチバンド送受信機に結
合され、少なくとも２つの独立したＣＮＩ機能スレッド
を備えるように送受信機を制御する。また、プロセッサ
はアビオニクス・インターフェースにも結合されてい
る。また、プロセッサは、変調または解読のような、Ｒ
Ｆ信号のディジタル信号処理を行なうこともできる。ア
ビオニクス・インターフェースは、航空機のアビオニク
ス・アーキテクチャ全体に接続する。アビオニクス・イ
ンターフェースは、電子無線システムの多機能スライス
および航空機の残りの部分間で、信号の入力および出力
を行なう。

【００１２】また、本発明は、多機能電子無線システム
を提供する。この多機能電子無線システムは、数個の電
子無線システム多機能スライスと、数個のアンテナと、
数個のアンテナ予備調整器と、バックプレーン（ｂａｃ
ｋｐｌａｎｅ）を備えている。電子無線システム多機能
スライスは、各電子無線システム多機能スライスのネッ
トワーク・バス・コネクタによって相互接続することが
できる。アンテナ予備調整器の各々は、１つ以上の電子
無線システム多機能スライスに結合されている。また、
電子無線システム多機能スライスは、電子無線システム
のアビオニクス・バスに結合することもできる。

【００１３】更に、本発明は、多機能電子無線システム
を実装する方法も提供する。この方法の第１ステップ
は、多機能電子無線システムによって実行する１組のＣ
ＮＩ機能を決定することである。次に、ＣＮＩ機能の全
てを、数個の電子無線システム多機能スライス全体に割
り当てる。この割り当てに続いて、電子無線システム多
機能スライスのアンテナ受信／送信インターフェース
を、航空機のアンテナ予備調整器に相互接続する。最後
に、電子無線システム多機能スライスのアビオニクス・
インターフェースを、航空機のアビオニクス・バスに結
合する。

【００１４】

【発明の実施の形態】これより図１を参照すると、この
図は、電子無線システムの電子無線システム多機能スラ
イス１００を示す。多機能スライス１００は、アンテナ
・インターフェース１０２、ディジタル・プロセッサ１
０４、マルチバンド送受信機（トランシーバ）１０６，
１０８，１１０，１１２、およびアビオニクス・インタ
ーフェース１１４を含む。プロセッサ１０４および送受
信機１０６，１０８，１１０，１１２は、送受信機―プ
ロセッサ構築ブロック（送受信機／プロセッサ構築ブロ
ック）１１６として、全体的に集合化して示されてい
る。送受信機／プロセッサ構築ブロック１１６について
は、以下で図７および図８を参照しながら詳細に論ずる
ことにする。各多機能スライスは、他のあらゆる多機能
スライスと構造が同一のプログラム可能な多機能無線機
であり、以下で説明するように、これらを互いに結合
し、更に複雑な電子無線システムを形成することができ
る。尚、多機能スライス１００は４つの送受信機１０
６，１０８，１１０，１１２を有するものとして示す
が、多機能スライスは、個々の用途や、以下に述べるよ
うなリソース・アセットの最適化にしたがって、これよ
りも多い送受信機または少ない送受信機を有する場合も
あることを注記しておく。

【００１５】送受信機１０６，１０８，１１０，１１２
は、マルチ機能スライス１００が担当する無線機能に割
り当てられる周波数スペクトルにおいて、低レベル送信
および受信機能性を備えている。好ましくは、送受信機
１０６，１０８，１１０，１１２は、非常に広い範囲の
周波数（例えば、ＶＨＦバンドからＬバンドまで）にわ
たって同調可能とし、広範囲の無線機能周波数に対応す
るようにするとよい。その結果、全体的に、各多機能ス
ライスにおいて必要な送受信機が減少することにより、
スライスを用いたアーキテクチャのサイズ、重量、およ
びコスト面における利点が容易に得られる。これについ
ては、以下で更に詳しく説明する。

【００１６】スライスのアンテナ・インターフェース１
０２は、１つ以上のアンテナ予備調整器を送受信機１０
６，１０８，１１０，１１２に結合する。アンテナ・イ
ンターフェース１０２は、アンテナ・コネクタ１２０を
介してスライス外部からアクセス可能である。アンテナ
・インターフェース１０２は、切り替えサブアセンブ
リ、システムＮＦを確立するための前置増幅（場合によ
る）、およびマルチバンドＲＦ送信増幅機能を内蔵す
る。プロセッサ１０４は、個々のアンテナ予備調整器の
個々の送受信機に対するマッピングを制御する。この制
御は、プロセッサ１０４からローカルＲＦ制御バス１２
２を通じてアンテナ・インターフェース１０２に送られ
るＲＦ制御信号の形態で行われる。プロセッサ１０４
は、双方向データ・インターフェース（アナログまたは
ディジタル）１０ｗ，１０ｘ，１０ｙ，１０ｚを介して
送受信機１０６，１０８，１１０，１１２に接続されて
いる。

【００１７】プロセッサ１０４は、１つ以上のネットワ
ーク・バス・コネクタ１２４において、多機能スライス
１００外部からアクセス可能である。多機能スライス１
００は、ネットワーク・バス・コネクタ１２４を介し
て、１つ以上のその他の多機能スライスに相互接続する
ことができる。また、ローカルＲＦ制御バス１２２は、
プロセッサ１０４を送受信機１０６，１０８，１１０，
１１２の各々に接続し、同調およびその他の設定制御を
行なう。プロセッサ１０４および電子無線システム多機
能スライス１００の他の構成要素との相互接続について
は、以下で図７および図８に関して更に詳細に説明する
ことにする。

【００１８】アビオニクス・インターフェース１１４
は、航空機のコア・アビオニクスをプロセッサ１０４に
結合する。アビオニクス・インターフェースは、アビオ
ニクス入力１２６およびアビオニクス出力１２８を備え
ている。アビオニクス入力１２６および出力１２８は、
電子無線システム多機能スライス１００のアビオニクス
・コネクタ１３０においてアクセス可能である。アビオ
ニクス入力１２６は、例えば、未暗号化類別データを他
の航空機サブシステムから受け入れるために用いること
ができ、この信号を暗号化し次いで送信する。アビオニ
クス出力１２８は、例えば、受信し解読したデータ信号
を供給することができ、データ信号は航空機のユーザに
供給される。

【００１９】次に図２を参照すると、この図は、４つの
多機能スライス２０２，２０４，２０６，２０８から成
る多機能電子無線システム２００を示す。また、図２に
は、アンテナ・アパーチャ２１０，２１２，２１４，２
１６、アンテナ予備調整器２１８，２２０，２２２，２
２４、およびアビオニクス・ネットワーク・バス２２６
も示す。

【００２０】多機能スライス２０２，２０４，２０６，
２０８は、各多機能スライス２０２，２０４，２０６，
２０８のネットワーク・バス・インターフェースを実装
するために用いられる個々のバス・アーキテクチャの要
件にしたがって相互接続される。例えば、多機能スライ
ス２０２，２０４，２０６，２０８は、ＩＥＥＥ−１３
９４シリアル接続２２８，２３０，２３２を用いて、ネ
ットワーク・バス・コネクタ２３４間に一緒に結合する
ことができる。

【００２１】多機能スライス２０２，２０４，２０６，
２０８は、電子無線システム多機能スライス２０２，２
０４，２０６，２０８のアンテナ・コネクタ２３６にお
いて、航空機のアンテナ予備調整器に結合されている。
各多機能スライス２０２，２０４，２０６，２０８をア
ンテナ予備調整器の各々に接続する必要はない。しかし
ながら、特定の多機能スライスを特定のアンテナ予備調
整器に接続することによって、この多機能スライスは、
予備調整器および関連するアンテナによって、機能スレ
ッドを実行することが可能となる。尚、アンテナ予備調
整器の一部は、単なるケーブルでもよい。

【００２２】また、多機能スライス２０２，２０４，２
０６，２０８は、電子無線システム多機能スライス２０
２，２０４，２０６，２０８のアビオニクス・コネクタ
２３８において、航空機のアビオニクス・ネットワーク
・バス２２６にも結合されている。航空機のアビオニク
ス・ネットワーク・バス２２６は、航空機の残り部分か
ら多機能スライスへの入力を備えている。また、アビオ
ニクス・ネットワーク・バス２２６は、電子無線システ
ム多機能スライス２０２，２０４，２０６，２０８の出
力を受信する。これによって、アビオニクス・ネットワ
ーク・バス２２６は、汎用入出力構造として機能し、電
子無線システム２００に送信する情報を配信したり、電
子無線システム２００が受信する情報を、一例として、
ヘッドセット、または航空機コンピュータに配信する。

【００２３】次に図３に移ると、この図は、多機能電子
無線システム、この場合、通信航行識別（ＣＮＩ）シス
テムを実現する方法のフローチャート３００を示す。ス
テップ３０２において、電子無線システムによって遂行
する１組の無線機能（即ち、無線機能の種類）を決定す
る。同時に必要な無線機能の総数、および各機能スライ
スが実現可能な無線機能の数から、必要なスライスの最
少数を決定する。勿論、同一の各多機能スライスにおい
て用いられる送受信機は、無線機能スレッドが用いる周
波数バンドをサポートするように選択される。できるだ
け広い周波数範囲で動作可能な送受信機を実装すること
によって、通常、各多機能スライスにおいて必要となる
送受信機の種類が減少する（オプションとして１つの
み）。

【００２４】ステップ３０４において、ステップ３０２
で特定した無線機能の各々を、特定の多機能スライスに
割り当てる。ステップ３０６において、各多機能スライ
スを、当該多機能スライスがサポートする無線機能と連
動するアンテナ予備調整ユニットの各々に接続する。例
えば、多機能スライスが対応する多機能無線機能が、共
通の予備調整器を共有する場合、その予備調整器に対し
ては１つの接続のみを行なうことが好ましい。ステップ
３０８において、各多機能スライスを航空機のアビオニ
クス・ネットワークに接続する。

【００２５】一旦多機能スライスを選択し相互接続した
なら、多機能スライス内のプロセッサは、各機能スレッ
ド上において音声およびデータの送信および受信を主に
担当する。以下で更に詳しく説明するが、スライスの１
つに組み込まれた指定マスタ・プロセッサが、あらゆる
多機能スライスの調整を実施し、機能スレッドのリソー
ス・アセットに対する割り当てのプログラムおよび再プ
ログラムを行なう。

【００２６】次に図４に移ると、この図は、リアル・タ
イムでリソース・アセットを再プログラム可能な単一ス
ライスの電子無線システム４００を示す。電子無線シス
テム４００は、アンテナ４０２，４０４，４０６，４０
８、アンテナ予備調整器４１０，４１２，４１４，４１
６、アンテナ・インターフェース４１８、送受信機４２
０，４２２，４２４，４２６、プロセッサ４２８、およ
びアビオニクス・インターフェース４３０を備えてい
る。

【００２７】アンテナ４０２，４０４，４０６，４０８
は、電子無線システム４００が実行する無線機能に割り
当てられている周波数における信号の受信および送信を
サポートする。図４では、電子無線システム４００は４
つのアンテナを有するものとして示されているが、電子
無線システムは、電子無線システム４００の個々の機能
スレッドの要件に応じて、これよりも多いアンテナまた
は少ないアンテナを有する場合もある。アンテナ４０
２，４０４，４０６，４０８の各々は、アンテナ予備調
整器４１０，４１２，４１４，４１６にそれぞれ結合さ
れている。

【００２８】アンテナ予備調整器４１０，４１２，４１
４，４１６は、アンテナ・インターフェース４１８に結
合されている。アンテナ・インターフェース４１８は、
例えば、多数の１−４または４−１スイッチを内蔵す
る。アンテナ・インターフェース４１８は、１対１を基
準にマップすることができ、あるいはマルチキャスト・
モードで動作することもできる。また、送受信機４２
０，４２２，４２４，４２６の各々は、アンテナ・イン
ターフェース・スイッチ４１８にも接続されている。送
受信機４２０，４２２，４２４，４２６の各々からの音
声およびデータは、入力接続部４３２および出力接続部
４３４（図７で説明するネットワーク・バス接続部と関
連付けることができる）を介して、プロセッサ４２８を
経由してアビオニクス・インターフェース４３０に伝達
される。尚、アビオニクス・インターフェース・スイッ
チ４１８は、Ｎ×Ｎスイッチ全体である必要はなく、Ｎ
×Ｍスイッチの可能性の方が高く（Ｍ＜Ｎ）、更にいず
れのリソース・アセット間に追加のスイッチを備えても
よいことを注記しておく。プロセッサ４２８は、プログ
ラム可能な機能スレッドに対応するために設けられた、
各スイッチに結合することが好ましい。これについて
は、以下で説明する。

【００２９】プロセッサ４２８は、ベースバンド・イン
ターフェース４３６によって、送受信機４２０，４２
４，４２６，４２８の各々に接続されている。プロセッ
サ４２８は、ＲＦ制御バス４３８を通じてＲＦ制御信号
を送ることによって、送受信機４２０，４２２，４２
４，４２６を制御し、例えば、送受信機に特定の周波数
に同調してデータを受信するように命令する。プロセッ
サ４２８は、ＲＦ制御バス４３８を通じて制御信号を送
ることによって、アンテナ・インターフェース４１８内
のスタティック（静的）設定を制御する。また、プロセ
ッサ４２８は、スイッチ制御ライン４３９によって、ス
イッチ４１８にも（およびその他にスイッチが設けられ
ていれば、そのいずれにも）接続されている。したがっ
て、プロセッサ４２８は、スイッチ制御ライン４３９を
通じて適切なスイッチング（切り替え）制御信号を送
り、アンテナ・インターフェース・スイッチ４１８の入
出力動作を制御することができる。

【００３０】個々のミッション・セグメントの間、プロ
セッサ４２８は、ＲＦ制御信号および切り替え制御信号
を発生し、当該ミッション・セグメントの間に必要とさ
れる無線機能を実現する無線機能スレッドを作成する。
例えば、出発およびリカバリ・ミッション・セグメント
の間、プロセッサ４２８はＲＦ制御信号および切り替え
制御信号を発生し、出発およびリカバリ無線機能を実現
する無線機能スレッドを作成する。出発およびリカバリ
ＣＮＩ機能は、例えば、音声通信、滑空傾斜指示、およ
び無線ビーコン取得（捕捉）を含むことができる。

【００３１】この点について、プロセッサ４２８は、切
り替え制御ユニットとして作用し、完全な機能スレッド
を実現するようにリソース・アセット間で信号相互接続
を行なう。したがって、例えば、音声送信無線機能で
は、プロセッサ４２８は、アビオニクス・インターフェ
ースから、プロセッサを経由して（エンコード・ベース
バンド変調および暗号化を行なう場合）、送受信機を経
由して（周波数選択アップコンバージョン、ＩＦ変調、
フィルタリング、およびＩＦ増幅利得特徴化を行なう場
合）、アンテナ・インターフェース４１８を経由して
（ＲＦ電力増幅およびアンテナ・スイッチ選択を行なう
場合）、予備調整器まで経路を形成し、最終的にアンテ
ナに達して空中への放射となる。

【００３２】航空機が、ミッション・セグメントを、例
えば、空中戦闘および地上攻撃ミッション・セグメント
に変更した場合、プロセッサ４２８は、空中戦闘および
地上攻撃無線機能を実現する無線機能スレッドを作成す
る、ＲＦ制御信号および切り替え制御信号を発生する。
空中戦闘および地上攻撃無線機能は、例えば、ＥＣＣＭ
リンクを介した暗号化音声およびデータ通信、特殊命令
が送信されるチャネル上での受信、Ｃ−セル、狭帯域
（ＮＢ）データ受信および送信（例えば、衛星との
間）、統合ブロードキャスト・サービス（ＩＢＳ）、識
別質問、識別トランスポンダ、レーダ高度計、合同戦略
攻撃訓練システム（ＪＴＩＤＳ：ＪｏｉｎｔＴａｃｔｉ
ｃａｌＣｏｍｂａｔＴｒａｉｎｉｎｇＳｙｓｔｅ
ｍ）、および全地球測位システム・スレッド（ＧＰＳ）
を含むことができる。商用航空のための機能のＣＮＳ
ＦＡＮＳ／ＧＡＴＭスートは、同様に実装することがで
きる。

【００３３】プロセッサ４２８は、各ミッション・セグ
メントに必要な無線機能スレッドのみを実現するよう
に、ＲＦ制御信号および切り替え制御信号を発生するこ
とが好ましい。その結果、電子無線システムは、ミッシ
ョン・セグメント全体を通じて同時無線機能スレッドの
最大数に対応するために必要なリソース・アセットを含
むだけで済む。例えば、表１は３つのミッション・セグ
メントＡ，Ｂ，Ｃの各々において必要なリソース・アセ
ットを示すと仮定する。そして、表２は、従来の独立リ
ソース・アセット設計体系、および本発明の再プログラ
ム可能なリソース・アセット体系の下において、電子無
線システムを実現するために必要なリソース・アセット
を示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】表２に示すように、現ミッション・セグメ
ントによって管理して、機能スレッドをＱ，Ｒ，Ｒ，
Ｓ，Ｔリソース・アセットに再度割り当てることによっ
て、必要なリソース・アセットの総数が大幅に削減され
る。各機能スレッドに独立したリソース・アセットを用
いて設計した電子無線システムでは、合計９個のリソー
ス・アセットが必要となる。しかしながら、本発明のリ
アル・タイム再プログラム可能電子無線システムでは、
５つのアセット・リソースだけで済む。リソース・アセ
ットの総数が大幅に減少することにより、電子無線シス
テムのサイズ、重量、および電力要件の直接的な削減に
至る。

【００３７】動作において、プロセッサ４２８は、例え
ば、アビオニクス・インターフェースを経由して、ネッ
トワーク・バスを通じて無線機能集合選択信号を受信す
る。無線機能集合選択信号は、プロセッサ４２８に、ど
の無線機能スレッドが現在必要であるかを示す。プロセ
ッサ４２８は、マスタ・プロセッサ４４０に指定したプ
ロセッサから無線機能集合選択信号を受信することがで
きる。マスタ・プロセッサ４４０は、航空機の現ミッシ
ョン・セグメントを追跡する。単一スライスの用途で
は、プロセッサ４２８がマスタ・プロセッサ４４０にも
指定される。多スライス用途では、１つのスライス・プ
ロセッサ４２８のみがマスタ４４０に指定され、マスタ
が故障の場合、他のスライス・プロセッサ４２８によっ
てバックアップが設けられる。即ち，マスタ・プロセッ
サ４４０の故障の場合、第２プロセッサ４２８が、指定
のマスタ・プロセッサ４４０として引き継ぐ。あるい
は、無線機能集合選択信号は、パイロット・オーバーラ
イドまたは選択スイッチに応答して、アビオニクス・ネ
ットワークを介して受信することもできる。

【００３８】また、リソース・アセットが再プログラム
可能なことから、重要な無線機能のフォールト・トレラ
ンスが高められる。プロセッサ４２８は、故障したリソ
ース・アセットを避ける代わりの無線機能スレッドを実
現するＲＦおよび切り替え制御信号によって、故障した
リソース・アセットを回避することができる。これは、
１つのスライス内部において、または多数のスライスに
またがって発生する場合がある。遂行可能な無線機能の
総数、および現ミッション・セグメントにおいて用いら
れている無線機能の数に応じて、重要な無線機能を設定
し直すことにより、重要でない（または重要性の優先度
が低い）無線機能を利用できないようにすることができ
る。各ミッション・セグメントの種々の無線機能間にお
ける優先順位は、ミッションの前に、マスタ・プロセッ
サ４４０において予めプログラムしておくことができ、
無線機能は、その優先順位にしたがって設定し直され
る。あるいは、パイロットは、あらゆる所望の無線機能
に割り当てられる無線機能要求スイッチを用いて、リア
ル・タイムで無線機能の優先順位を割り当てたり、ある
いは無線機能の優先順位を無視（無効に）することもで
きる。

【００３９】次に図５に移ると、この図は、電子無線シ
ステムにおいてリソース・アセット集合を制御するため
の、本発明の方法のフローチャート５００を示す。ステ
ップ５０２において、航空機の第１ミッション・セグメ
ントの間に必要な無線機能を決定する。同様に、航空機
の第２ミッション・セグメントの間に必要な無線機能を
決定する（ステップ５０４）。

【００４０】ステップ５０６において、航空機が第１ミ
ッション・セグメントで動作しているときに、第１ミッ
ション・セグメントの無線機能を実現するように、リソ
ース・アセット集合を構成する。先に注記したように、
構成は、ＲＦ制御信号および切り替え制御信号を発生
し、無線機能スレッドを作成することを含むことができ
る。続いて、航空機が第２ミッション・セグメントで動
作しているときに、リソース・アセットを再構成し、第
２ミッション・セグメントの無線機能を実現する（ステ
ップ５０８）。このプロセスは、異なる機能スレッド要
件を有する新たなミッション・セグメント毎に、繰り返
される。

【００４１】図６を参照すると、この図は、電子無線シ
ステムを設計する方法のフローチャートを示す。ステッ
プ６０２において、第１、第２ミッションおよび全ての
ミッション・セグメントを定義する。次に、ステップ６
０４において、ミッション・ステップの各々において必
要な無線機能を決定する。

【００４２】アセットの割り当てを行い、どのアセット
・リソースが第１ミッション・セグメントの無線機能に
必要か、そしてどのアセット・リソースが第２および全
てのミッション・セグメントの無線機能に必要かを判断
する（ステップ６０６）。次に、切り替え用ハードウエ
アを介して、リソース・アセットの相互接続を指定する
（ステップ６０８）。リソース・アセットは、第１ミッ
ション・セグメントの無線機能全てが第１ミッション・
セグメントの間実現可能となるように接続し、第２ミッ
ション・セグメントおよび全ての後続のミッション・セ
グメントの間に、全てのミッション・セグメントの無線
機能全てが実現可能となるように接続する。

【００４３】リソース・アセット最少化ステップ６１０
において、最少のリソース・アセット集合を決定し（例
えば、最少化アルゴリズムを用いて）、ミッション・セ
グメントのいずれの１つに関連する無線機能でも、その
全てが、最少のリソース・アセット集合を用いて同時に
実現可能となるようにする。次に、追加のミッション・
セグメントが生ずるに連れて、プロセッサ４２８は無線
機能スレッドを再プログラムし、追加の各ミッション・
セグメントにおいて必要な無線機能を遂行する。リソー
ス・アセットの数を最少に抑えているので、電子無線シ
ステムは、リソース・アセットの不要な重複を含まな
い。

【００４４】次に図７に移ると、この図は送受信機／プ
ロセッサ構築ブロック７００を示す。構築ブロック７０
０は、多数の送受信機７０４，７０６，７０８，７１０
に結合されたプロセッサ７０２を含む。無線ネットワー
ク・バス７１２が、ネットワーク・バス・コネクタ７１
６を介して、多機能スライス境界７１４の外側からプロ
セッサ７０２に接続する。構築ブロック７００は、例え
ば、多機能スライスに挿入することができる物理的ハー
ドウエア・ユニットとしてもよい。しかしながら、更に
一般化すると、構築ブロック７００は、電子無線システ
ムの設計者が、例えば、新たな電子無線システムを設計
するときに、ＣＡＤライブラリから読み出すことができ
る設計単位を表す。

【００４５】汎用同相および直交（ＩＱ）双方向通信デ
ータ・インターフェース７１８，７２０，７２２，７２
４が、プロセッサ７０２を送受信機７０４〜７１０に接
続する。しかしながら、ＩＱインターフェース７１８〜
７２４は、シリアル・ディジタルまたはアナログ・マグ
ニチュードのような、プロセッサ７０２が採用する特定
の変調技法に適したその他の新たな特定のデータ・イン
ターフェースと置換してもよい。構築ブロック７００
は、同様にプロセッサ７０２を送受信機７０４〜７１０
を接続する、ローカルＲＦ制御バス７２６を含む。加え
て、外部制御バス７２８がプロセッサ７０２に接続し、
外部制御バス・コネクタ７３０を介して多機能スライス
境界７１４の外側からアクセス可能である。各送受信機
７０４〜７１０は、ＲＦ入力（例えば、受信ＲＦ入力７
３２）、およびキャリア出力（例えば、低レベルＲＦキ
ャリア（励起）出力７３４）を含む。これらは、例え
ば、多機能ＲＦ送信機を内蔵するアンテナ・インターフ
ェース・ユニットに接続する。

【００４６】プロセッサ７０２は、送信および受信方向
において、各送受信機７０４〜７１０毎に、暗号化のサ
ポートを含むことが好ましい。一実施形態では、プロセ
ッサ７０２は、プログラム・メモリから暗号化対応（サ
ポート）ソフトウエアを実行し、暗号化および解読を行
う。代替実施形態では、プロセッサ７０２内部に専用の
暗号化回路を組み込み、暗号化および解読を処理する。
この実施形態は、暗号化対応に対する低レイテンシ要件
によって決定される。適用する暗号化の種類は、構築ブ
ロックを用いる個々の用途によって決められ、例えば、
以下の暗号化規格、ＫＧＶ−８、ＫＧＶ−１０、ＫＧＶ
−１１、ＫＧＶ−２３、ＫＧ−８４Ａ、ＫＧＲ−９６、
ＫＹ−５８、およびＨａｖｅｑｕｉｃｋＡｐｐｌｉｑ
ｕｅに対する対応を含むことができる。

【００４７】プロセッサ７０２は、それが位置する多機
能スライスに対して、高速データ・ビット信号処理機
能、メッセージ・レート処理および制御処理を実行す
る。高速データ・ビット、メッセージ・レートおよび制
御処理は、同時に多数の無線機能を遂行するために、予
備処理、信号処理、データ処理、ＲＦおよび外部制御、
ならびに暗号化処理を含む。したがって、１つの送受信
機／プロセッサ構築ブロック７０２は、以前では、多数
の別個のモジュール間に分散されていた処理を局在化さ
せる。このような局在化は、高速アナログーディジタル
変換器、高クロック速度プロセッサ、高密度フィールド
（現場）プログラム可能ゲート・アレイ、高密度メモ
リ、一体化暗号プロセッサ、および市販の共通バス・デ
バイスを用いて遂行することができる。

【００４８】プロセッサ７０２は、無線ネットワーク・
バス７１２を通じて、その多機能スライスの外側と通信
する。このために、無線ネットワーク・バス７１２は、
ＩＥＥＥ−１３９４バスのような、市販の共通バスとし
て実現することができる。無線ネットワーク・バス７１
２は、多機能スライス間を通るので、無線ネットワーク
・バスは、スライス間通信、コマンド、および調整に用
いられる。

【００４９】特に、無線ネットワーク・バス７１２は、
殆どの場合、暗号化されていない情報を搬送する。未暗
号化情報は、一例として、音声データ、送信調整デー
タ、およびリレー・データを含む場合がある。音声デー
タは、送受信機７０４〜７１０から復元した音声通信、
またはこれらを介して伝送しスライス外部のオーディオ
制御パネルに送られる音声通信を含む。送信調整データ
は、他の多機能スライスの実行中の動作に関する情報を
含み、プロセッサ７０２に、使用可能なまたは使用中の
通信周波数および通信スレッドがわかるようにする。リ
レー・データは、再送信または再処理のために、他の多
機能スライスからプロセッサ７０２に送られた情報を含
む。

【００５０】無線ネットワーク・バス７１２は、例え
ば、電磁遮蔽７３６を用いて、ローカルＲＦ制御バス７
２６、および外部制御バス７２８とは分離することが好
ましい。このように無線ネットワーク・バス７１２を分
離することによって、未暗号化情報、または一般的に機
密情報が送受信機７０４〜７１０またはアンテナを介し
て、直接空間に放射されるのを防止するのに役立つ。

【００５１】送受信機７０４〜７１０は、広範囲の周波
数にわたって独立して同調可能とし、中間周波数、帯域
幅、および利得特性の制御、着信ＲＦ信号のディジタル
化、発信ＲＦ信号のアナログ変換、ならびにディジタル
化前または後における着信および発信ＲＦ信号のフィル
タリングを行なうことが好ましい。送受信機を制御する
ために、ローカルＲＦ制御バス７２６は、プロセッサ７
０２から制御情報を搬送する。このために、プロセッサ
７０２は、例えば、中間周波数帯域、受信／励起（励振
器）局部発振器同調、および中間周波数利得特性構成情
報を各送受信機７０４〜７１０に提供するとよい。これ
らの情報は、通信スレッドに対する所定の必要性によっ
て決定される。

【００５２】ローカルＲＦ制御バス７２６は、ローカル
ＲＦ制御のためにあり、したがって多機能スライス内部
では分離されている。言い換えると、ローカルＲＦ制御
バス７２６は、構築ブロック７００を組み込んだ多機能
スライスの外側から直接アクセスすることはできない。
ＲＦ制御バス７２６に関する制御情報は、プロセッサ７
０２によって発生され、多機能スライス内部のＲＦアセ
ットを制御する。数個の多機能スライスに対して調整し
た制御は、無線ネットワーク・バス７１２上で行なわれ
る。外部制御バス７２８は、スライス外部のアセット
（即ち、アンテナ予備調整器）を制御するために、プロ
セッサ７０２によって用いられる。

【００５３】しかしながら、外部制御バス７２８に関し
ては、外部制御バス７２８は多機能スライスを離れ、他
のシステムに接続することができる。一例として、外部
制御バス７２８は、アンテナおよび干渉計構成（コンフ
ィギュレーション）情報を搬送することができる。この
ような情報は、例えば、空間指向通信のためにアンテナ
・ビームを位置決めする際に用いることができる。

【００５４】次に図８に移ると、この図は、送受信機／
プロセッサ構築ブロックを動作させるフロー図８００を
示す。ステップ８０２において、前述のような送受信機
／プロセッサ構築ブロックを含む多機能スライスを設け
る（即ち，プロセッサに結合された数個の送受信機を含
む）。次に、この方法は、好ましくは、無線ネットワー
ク・バスを通じてプロセッサに未暗号化データを伝達す
る（ステップ８０４）。先に注記したように、無線ネッ
トワーク・バスは、多機能スライスの外側から、直接ア
クセス可能である。

【００５５】ステップ８０６に進み、プロセッサは、無
線ネットワーク・バスを通じて受信したデータを処理し
て、制御データを形成する。次に、プロセッサは制御情
報を、ローカルＲＦ制御バスを通じて、送受信機に伝達
する（ステップ８０８）。先に注記したように、ローカ
ルＲＦ制御バスは、多機能スライスの外側から直接アク
セスすることはできない。更に、先に注記したように、
外部制御バスは、多機能スライスの外側のアンテナにア
ンテナ制御データを直接伝達することができる（ステッ
プ８１０）。

【００５６】したがって、送受信機／プロセッサ構築ブ
ロック７００は、完全に自己充足（内蔵式）型の多チャ
ネル無線機能を備え、無線ネットワーク・バス７１２お
よびローカルＲＦ制御バス７２６を用いてプログラムす
れば、送受信機機能、ディジタル処理機能、および暗号
化機能を実行し、広範囲の電子無線機能が得られる。こ
のように、従来の無線システムに対する複雑でコストが
かかる、統合（即ち、カスタム）設計手法を回避する。
言い換えると、送受信機構築ブロック７００は、単一の
設計単位を提供し、従来用いられていた、多数の受信
機、送信機、予備処理器、信号プロセッサ、データ・プ
ロセッサ、および暗号化プロセッサの必要性をなくす。

【００５７】また、プロセッサ７０２内部に暗号化処理
を含ませることにより、構築ブロック７００は、無線ネ
ットワーク・バス７１２およびローカルＲＦ制御バス７
２６間で完全なレッド／ブラック（Ｒｅｄ／Ｂｌａｃ
ｋ）の分離が可能となることを注記しておく。言い換え
ると、無線ネットワーク・バス７１２を通じて受信した
データは、送信前に、どこにも伝搬させる必要がない。
特に、ネットワーク・バス上のデータを空間に放射させ
る可能性がある電子無線システムの近接エリアに伝搬さ
せる必要がない。更に、独立したＩＱインターフェース
７１８〜７２４、およびローカルＲＦ制御バス７２６を
有する独立したスライスは、無線機能間の相互依存性を
大きく低下させ、新たな無線機能を追加するときの電子
無線システム全体に及ぼす影響を減らし、無線システム
の他の部分に影響を及ぼす内部送受信機／プロセッサ構
築ブロックの故障によって、本発明以外では生じてしま
う、無線システムへの影響を抑え、開発サイクル中の統
合および検査を簡略化する。

【００５８】以上、好適な実施形態を参照しながら本発
明について説明したが、本発明の範囲から逸脱すること
なく、種々の変更や、同等のものとの置換が可能である
ことは、当業者には理解されよう。加えて、本発明の範
囲から逸脱することなく、本発明の教示に対して特定の
ステップ、構造、または物的要素を適合化するような多
くの変更を行なうことも可能である。したがって、本発
明は、これまでに開示した特定実施形態に限定されるも
のではなく、本発明は、特許請求の範囲に該当する全て
の実施形態を含むことを意図するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子無線システムの多機能スライスを示す図で
ある。

【図２】多機能スライスを用いて実現した多機能電子無
線システムを示す図である。

【図３】多機能スライスを用いて多機能電子無線システ
ムを実現する方法を示す図である。

【図４】再プログラム可能リソース・アセットを有する
電子無線システムを示す図である。

【図５】電子無線システムにおけるリソース・アセット
集合を制御する方法を示す図である。

【図６】電子無線システムを設計する方法を示す図であ
る。

【図７】電子無線システムの送受信機／プロセッサ構築
ブロックを示す図である。

【図８】送受信機／プロセッサ構築ブロックを動作させ
る方法を示す図である。

【符号の説明】

１００多機能スライス１０２アンテナ・インターフェース１０４ディジタル・プロセッサ１０６，１０８，１１０，１１２マルチバンド送受
信機１１４アビオニクス・インターフェース１２４ネットワーク・バス・コネクタ１２６アビオニクス入力１２８アビオニクス出力１３０アビオニクス・コネクタ

フロントページの続き (72)発明者マイケル・イー・キャンベルアメリカ合衆国カリフォルニア州92129, サン・ディエゴ，マンゼラ・ドライブ 14252 Ｆターム(参考） 5K011 JA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内蔵式プログラム可能電子無線システム
多機能スライスであって、アンテナ・インターフェースと、複数の送受信機と、前記複数のマルチバンド送受信機に結合され、前記複数
のマルチバンド送受信機によって少なくとも２つの独立
した無線機能スレッドをサポートするように動作可能な
プロセッサと、前記送受信機を介して送信する第１データを受信するア
ビオニクス・ネットワーク入力と、前記送受信機から受
信する第２データのためのアビオニクス・ネットワーク
出力とを含むアビオニクス・インターフェースと、を備
える電子無線システム多機能スライス。
【請求項２】請求項１記載の電子無線システム多機能
スライスにおいて、前記プロセッサは、変調、復調、エ
ンコード／デコード、検出、暗号化および解読から成る
グループから選択したディジタル信号処理機能を実行す
るように動作可能である電子無線システム多機能スライ
ス。
【請求項３】請求項１記載の電子無線システム多機能
スライスにおいて、前記少なくとも２つの無線機能スレ
ッドは、通信、ナビゲーション、インテロゲーション、
およびサーベイランスから成るグループから選択した無
線機能をサポートする電子無線システム多機能スライ
ス。
【請求項４】請求項１記載の電子無線システム多機能
スライスにおいて、前記少なくとも２つの無線機能スレ
ッドは、音声無線通信、データ・ネットワーク通信、電
子ナビゲーション補助、無線ビーコン検出、全地球およ
びローカル・グリッド測位システム検出、ならびに敵見
方識別呼び掛けおよび応答から成るグループから選択し
た無線機能をサポートする電子無線システム多機能スラ
イス。
【請求項５】請求項１記載の電子無線システム多機能
スライスにおいて、前記アンテナ・インターフェース
は、前記多機能スライスを複数のアンテナ予備調整ユニ
ットに外部から結合する電子無線システム多機能スライ
ス。
【請求項６】多機能電子無線システムであって、複数の電子無線システム多機能スライスを備え、その各
々が、アンテナ・インターフェースと、前記アンテナ・インターフェースに結合された複数の送
受信機と、プロセッサであって、前記複数のマルチバンド送受信機
に結合され、該複数の送受信機によって無線機能スレッ
ドをサポートするように動作可能な、プロセッサと、を
含む、複数の電子無線システム多機能スライスを備え、前記複数の多機能スライスが、所定の１組の無線機能を
遂行する、多機能電子無線システム。
【請求項７】請求項６記載の多機能電子無線システム
であって、更に、複数のアンテナを備え、該アンテナの
各々がアンテナ予備調整器に結合されている多機能電子
無線システム。
【請求項８】請求項７記載の多機能電子無線システム
において、前記アンテナ予備調整器の各々が、前記電子
無線システム多機能スライスの少なくとも１つに結合さ
れている多機能電子無線システム。
【請求項９】請求項６記載の多機能電子無線システム
であって、更に、前記プロセッサに送信する第１データ
を供給し、前記送受信機によって受信した第２データを
受け入れるアビオニクス・インターフェースを備える多
機能電子無線システム。
【請求項１０】請求項６記載の多機能電子無線システ
ムにおいて、前記電子無線システム多機能スライスの少
なくとも２つは、前記送受信機から電気的に分離された
無線ネットワーク・バスを通じて相互接続されている多
機能電子無線システム。
【請求項１１】多機能電子無線システムを実装する方
法であって、前記多機能電子無線システムによって実行される１組の
無線機能を決定するステップと、前記１組の無線機能における無線機能を、複数の電子無
線システム多機能スライス全体に割り当てるステップで
あって、各電子無線システム多機能スライスが、アンテナ・インターフェースと、複数の送受信機と、前記複数の送受信機に結合され、該マルチバンド送受信
機によって少なくとも２つの無線機能スレッドをサポー
トするように動作可能なプロセッサと、アビオニクス・インターフェースであって、アビオニク
ス入力および出力を備える、アビオニクス・インターフ
ェースと、を含む、ステップと、前記複数の電子無線システム多機能スライスのアンテナ
・インターフェースを、複数のアンテナ予備調整器に相
互接続するステップと、前記複数の電子無線システム多機能スライスのアビオニ
クス・インターフェースを、アビオニクス・ネットワー
クに結合するステップと、を含む方法。
【請求項１２】請求項１１記載の方法であって、更
に、暗号化および解読機能を備えるように前記プロセッ
サを構成するステップを含む方法。
【請求項１３】請求項１１記載の方法において、前記
割り当てるステップは、更に、前記無線機能が必要とす
るリソース・アセットに応じて、前記無線機能を割り当
てるステップを含む方法。
【請求項１４】請求項１３記載の方法において、前記
割り当てるステップは、更に、前記無線機能が必要とす
るアンテナ、送受信機、およびプロセッサ・リソース・
アセットに応じて前記無線機能を割り当てるステップを
含む方法。
【請求項１５】請求項１１記載の方法であって、更
に、ミッション・セグメントと、ミッション・セグメン
ト無線機能とを決定するステップを含み、前記１組の無
線機能が、前記ミッション・セグメント無線機能を含む
方法。