JP4007574B2 - 電子無線システム用送受信機―プロセッサ構築ブロック - Google Patents

Description

【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、電子無線システム用送受信機―プロセッサ構築ブロックに関する。
【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０９／６５１，７５７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（ＣＮＩ）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、計器着陸指示器、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（呼び掛け：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、通常サーベイランス（監視）機能が代わりに設けられる。監視機能は、例えば、他の航空機の識別、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。しかし、本発明は、通信、航行、および識別（例えば、電子戦闘）だけに限定されるものではない。
【０００４】
従来では、所定の独立したリソース・アセット（ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｓｓｅｔ）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）、送信機、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、予備選択フィルタ／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に対してポイント設計として専用であった。
【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（ｐｏｉｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）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、性能追加、および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（ミッションと呼ばれ、例えばクロス・エア・サポート：ＣＡＳ）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、それ以前の、現在の、そしてそれ以降のミッション・セグメントに対する無線機能要件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用送受信機―プロセッサ構築ブロック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、電子無線システム多機能スライス用送受信機―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）を提供する。この構築ブロックは、数個の送受信機と、送受信機に結合されたプロセッサと、制御およびデータ転送バス・アーキテクチャとを含む。バス・アーキテクチャは、プロセッサおよび送受信機間に結合されたローカルＲＦ制御バスを含む。無線ネットワーク・バスも備えられており、プロセッサに結合されている。
【００１１】
ローカルＲＦ制御バスは、多機能スライスの外部からは、直接アクセスできない。対照的に、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することができる。構築ブロック即ち多機能スライスは、この目的のために無線ネットワーク・バス・コネクタ（例えば、ＩＥＥＥ−１３９４バス・コネクタ）を備えている。
【００１２】
また、構築ブロックは、プロセッサに接続された外部制御バスも含むことができる。そして、外部制御バス・コネクタは、多機能スライスの外側から、外部制御バスへの直接アクセスを可能にする。ローカルＲＦ制御バスは、プロセッサから送受信機に制御データを搬送する。無線ネットワーク・バスは、音声、データ、機能調整制御情報、およびリレー・データを多機能スライス間で搬送する。外部制御バスは、多機能スライスの外側にあるアセット（例えば、アンテナ予備調整、アンテナ・コンフィギュレーション（構成）データ、およびスイッチ）を制御する。構築ブロックは、電磁遮蔽によってネットワーク・バスおよびローカルＲＦ制御バス間の分離を強化し、未暗号化データまたは機密データの空間への望ましくない放射を防止することができる。
【００１３】
送受信機／プロセッサ構築ブロックは、通信スレッドをサポート（支援）するために、電子無線システムの多機能スライスにおいて用いることができる。多機能スライスは、ＲＦアパーチャ・インターフェース、送信機、ＲＦアパーチャ・インターフェースに結合された送受信機、および送受信機に結合されたプロセッサを含む。また、多機能スライスは、多機能スライスの外側からは直接アクセスが不可能であり、プロセッサ、送受信機、およびＲＦアパーチャ間に接続された、ローカルＲＦ制御バスも含む。
【００１４】
無線ネットワーク・バスは、プロセッサ、および多機能スライスの外側から無線ネットワーク・バスへの直接アクセスを可能にする無線ネットワーク・バス・コネクタに結合する。また、多機能スライスは、プロセッサに結合されたアビオニクス・インターフェースも含み、このアビオニクス・インターフェースは、コア・アビオニクス出力（例えば、受信データを搬送する）、およびコア・アビオニクス入力（例えば、送信データを搬送する）を備えている。加えて、多機能スライスは、プロセッサに接続された外部制御バス、および多機能スライスの外側から外部制御バスへの直接アクセスを可能にする外部制御バス・コネクタを含むことが好ましい。
【００１５】
【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／送信機１０２、プロセッサ１０４、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説明することにする。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１０６，１０８，１１０，１１２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。コア送受信機／プロセッサ構築ブロック１１６は、収容する送受信機を１つの送受信機程度に少なくして、現在提供され、ＤＳＰによって遂行される能力を強化することができるが、多数の送受信機にすれば、より性能の高い、効率的で柔軟性のある設計ブロックとなる。
【００１６】
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、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にわたって同調可能とすると同時に、複雑性（およびコスト）を最小に（例えば、ＬＯ−ＶＨＦバンドからＬバンドまで）して、広範囲の無線機能周波数に対応するようにするとよい。コア周波数設計バンド以外の機能は、アンテナ・インターフェース／送信機またはアンテナ予備調整器アセットに周波数アップ／ダウン・コンバータを設けることによって実装することができる。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の種類が減少し、スライスを基本とする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。
【００１７】
スライスのアンテナ・インターフェース／送信機１０２は、１つ以上のアンテナ予備調整器を送受信機１０６，１０８，１１０，１１２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。プロセッサ１０４は、特定のアンテナ予備調整器の特定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１２２を通じてアンテナ・インターフェース／送信機１０２に送られるＲＦ制御信号の形態で行われる。
【００１８】
プロセッサ１０４は、１つ以上のＣＮＩ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に外部からアクセス可能である。多機能スライス１００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、制御コマンドを送受信機送受信機１０６，１０８，１１０，１１２に供給する。プロセッサ１０４および送受信機１０６，１０８，１１０，１１２間には、双方向ベースバンド・データ・インターフェース１０ｗ，１０ｘ，１０ｙ，１０ｚが設けられている。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。
【００１９】
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１１４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、未暗号化音声信号を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る。
【００２０】
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。各スライスの中心は、送受信機／プロセッサ・ブロックである。また、図２には、アンテナ・アパーチャ２１０，２１２，２１４，２１６、アンテナ予備調整器２１８，２２０，２２２，２２４、およびコア・アビオニクス・ネットワーク・バス２２６も示す。
【００２１】
多機能スライス２０２，２０４，２０６，２０８は、各多機能スライス２０２，２０４，２０６，２０８の無線ネットワーク・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−１３９４シリアル・バス２２８，２３０，２３２を用いて、無線ネットワーク・バス・コネクタ２３４間に一緒に結合することができる。
【００２２】
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２０２，２０４，２０６，２０８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。
【００２３】
また、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２０２，２０４，２０６，２０８のアビオニクス・コネクタ２３８において、航空機のコア・アビオニクス・ネットワーク・バス２２６にも結合されている。航空機のコア・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、コア・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、コア・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、一例として、ヘッドセット、コクピット・ディスプレイ、または航空機コンピュータおよび他の機上搭載アビオニクスへの情報を配信する。
【００２４】
次に図３に移ると、この図は、多機能電子無線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組の無線機能を決定する。各機能スライス内において実装可能な送受信機／プロセッサ・ブロックの能力が与えられると、同時に必要な無線機能の総数、および当該スライスが遂行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。プロセッサのスループットが高い程、使用可能な送受信機のチャネルは多くなり、その結果スライスに割り当てられる機能が増大する。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に対応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し、したがって送受信機の総数も減少する。
【００２５】
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対応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、多機能スライスによってサポートされ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、航空機のコア・アビオニクスに接続する。
【００２６】
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送受信機／プロセッサブロックのプロセッサ部は、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、マルチ・スライス・アーキテクチャでは、１つのプロセッサをマスタ・プロセッサとして指定することができ、これによって、各多機能スライスの調整を実施し、リソース・アセットに対する機能スレッドの割り当てのプログラムおよび再プログラムが行われる。
【００２７】
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４０２，４０４，４０６，４０８、アンテナ予備調整器４１０，４１２，４１４，４１６、スイッチ４１８、送受信機４２０，４２２，４２４，４２６から成る送受信機／プロセッサ・ブロック４０５、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。尚、場合によっては、アンテナ予備調整器は、単なるＲＦケーブルの一部であってもよく、また別の場合には、増幅器およびフィルタを内蔵し、機能ＮＦ（感度）を確立することもできる。
【００２８】
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にサポートする。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４０２，４０４，４０６，４０８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。
【００２９】
アンテナ予備調整器４１０，４１２，４１４，４１６は、アンテナ・インターフェース・スイッチ／送信機４１８に結合されている。アンテナ・インターフェース・スイッチ／送受信機４１８は、例えば、４−４スイッチを内蔵することができる。インターフェース・スイッチ／送信機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。多くの場合、アンテナ・インターフェース・スイッチ／送信機は、ＮＦ（感度）および予備選択帯域幅を機能に対して確定することができる。また、送受信機４２０，４２２，４２４，４２６の各々も、スイッチ４１８に接続されている。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で説明するコア・アビオニクス・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、アンテナ・インターフェース・スイッチ／送信機４１８は、Ｎ×Ｎスイッチ全体である必要はなく、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、設けられた各スイッチに結合することが好ましいが、以下に述べるように、プログラム可能な機能スレッドをサポートするためである。
【００３０】
プロセッサ４２８は、ローカルＲＦ制御バス４３６によって、送受信機４２０，４２４，４２６，４２８の各々に接続されている。プロセッサ４２８は、ＲＦ制御バス４３６を通じてＲＦ制御信号を送ることによって、送受信機４２０，４２４，４２６，４２８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したり、更にアンテナ・インターフェース・スイッチ／送受信機４１８にスタティック（静的）スイッチを設定したり、フィルタを同調させるように命令する。また、プロセッサ４２８は、スイッチ制御ライン４３８によって、アンテナ・インターフェース・スイッチ／送信機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４３８を通じて適切な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／送受信機４１８の低レイテンシ入出力動作を制御することができる。送信および受信する情報は、双方向ベースバンド・データ・インターフェース４４２上で、プロセッサ４２８および送受信機４２０，４２２，４２４，４２６間で伝達される。
【００３１】
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、計器着陸システム、指示、およびＴＡＣＡＮ無線ビーコン取得（捕捉）を含むことができる。
【００３２】
この態様では、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、コア・アビオニクスから、プロセッサを経由して（エンコードおよび暗号化を行なう場合）、送受信機を経由して（変調、フィルタリング、およびＩＦ増幅を行なう場合）、アンテナ・インターフェース・スイッチ／送信機スイッチ４１８を経由して（アンテナ接続およびＲＦ電力伝送を行なう場合）、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。
【００３３】
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、暗号化音声通信、特殊命令が送信されるデータ・チャネル上での受信、Ｃ−セル、狭帯域（ＮＢ）データ受信（例えば、衛星から）、統合ブロードキャスト・サービス（ＩＢＳ）、質問（インテロゲーション）、ＩＦＦトランスポンダ、レーダ高度計、Ｌｉｎｋ−１６機密妨害対策データ・リンク、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。
【００３４】
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。
【００３５】
【表１】

【００３６】
【表２】

【００３７】
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、電力、およびコスト要件の直接的な削減に至る。
【００３８】
動作において、プロセッサ４２８は、例えば、無線ネットワーク・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、同一または別のスライス・プロセッサ内に位置する、指定したマスタ・プロセッサ制御ソフトウエア４４０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・プロセッサ制御ソフトウエア４４０は、航空機の現ミッション・セグメントを追跡する。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・インターフェースを介して受信することもできる。
【００３９】
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。この再構成は、マスタ・プロセッサ制御ソフトウエア４４０によって、動作に組み込むことができる。ソフトウエア４４０は、機能優先順位リストとともに全てのアセットの健全性および活動度情報を保持する。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、その優先順位に応じて設定し直した無線機能を用いて、マスタ・プロセッサ制御ソフトウエア４４０において予めプログラムしておくことができる。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。
【００４０】
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ミッション形式の第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）。
【００４１】
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）。この処理は、他のミッション・セグメント全てについて継続される。
【００４２】
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６０４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。
【００４３】
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ミッション・セグメントの間に、第２ミッション・セグメントおよび全てのミッション・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。
【００４４】
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。
【００４５】
次に図７に移ると、この図は、本発明の主要な中心である、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７００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、ＣＮＩネットワーク・バス・コネクタ７１６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。
【００４６】
同相および直交（ＩＱ）インターフェース７１８，７２０，７２２，７２４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、プロセッサ７０２が採用する特定の変調技法および／または送受信機７０４〜７１０に採用される実装形態に適したその他のデータ・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を接続するとともに、ブロック７００から離れてスライス内部にあるアンテナ・インターフェース／送信機ユニットを制御するローカル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、構築ブロック７００の外部のアセットを制御するとともに、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７３２）、およびキャリア出力（例えば、キャリア出力７３４）を含む。これらは、例えば、アンテナ・インターフェース・スイッチ／送信機ユニットに接続する。
【００４７】
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、組み込まれた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実行する。その結果、全てのレッド／ブラック（Ｒｅｄ／Ｂｌａｃｋ）分離およびマルチレベル・セキュリティ構成がプロセッサ７０２内部に実装され、全体のセキュリティ・メインテナンス実装を簡単にする。代替実施形態では、無線ネットワーク・バス７１２を用いて、専用の暗号化回路をプロセッサ７０２、および送受信機７０４〜７１０に接続し、暗号化および解読を処理する。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、以下の暗号化およびＥＣＣＭ規格、ＫＧＶ−８、ＫＧＶ−１０、ＫＧＶ−１１、ＫＧＶ−２３、ＫＧ−８４Ａ、ＫＧＲ−９６、ＫＧ−１２５、ＫＹ−５８、およびＨａｖｅｑｕｉｃｋ Ａｐｐｌｉｑｕｅに対する対応を含む。
【００４８】
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、制御、高速モデム、およびメッセージ・プロトコル機能を実行する。高速モデム機能は、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、および暗号化処理を含む。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、高クロック速度ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰＳ）、高密度フィールド（現場）プログラム可能ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、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。メッセージ・プロトコル機能は、メッセージ・フィルタリング機能を含む。
【００４９】
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７１２は、多機能スライス間を通るので、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。
【００５０】
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、恐らくは機密情報を搬送する。未暗号化情報は、一例として、音声、データ、送信調整データ、および無線リレー・データを含む場合がある。音声およびデータは、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た伝送のための音声通信を含む。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して、あらゆる可能性のある共通サイト干渉（ｃｏｓｉｔｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）またはＲＦアセット・コンフリクト問題を軽減または解消する。リレー・データは、無線バンド間の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。
【００５１】
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７２６、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。非常に重要なレッドおよびブラック・データの分離は、プロセッサ７０２内で遂行および制御される。プロセッサ７０２は、テンペスト（Ｔｅｍｐｅｓｔ）境界制御も行なう。
【００５２】
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、局部的作動中間周波数、信号帯域幅、および利得特性の実現、着信ＲＦ信号のディジタル化、送信機ＰＡへの発信ＲＦ信号のアナログ変換、ならびにディジタル化前後における着信および発信ＲＦ信号のフィルタリングをローカルに実現することが好ましい。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７０２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、中間周波数帯域幅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。
【００５３】
ローカルＲＦ制御バス７２６は、多機能スライス内部では分離されており、それに割り当てられたスライス内のアセットのみを制御する。言い換えると、ローカルＲＦ制御バス７２６は、構築ブロック７１４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。ローカルＲＦ制御バス７２６に関する情報は、プロセッサ７０２によってそして無線ネットワーク・バス７１２を通じて「整理（ｓａｎｉｔｉｚｅ）」された後に、最終的に、多機能スライスの外側に達することができるが、ローカルＲＦ制御バス７２６への直接アクセスは、設けられていない。
【００５４】
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て、外部アセット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スイッチ構成情報を搬送することができる。このような情報は、例えば、識別または監視（サーベイランス）ビーム操舵に対応するように、アンテナを構成する際に用いることができる。
【００５５】
次に図８に移ると、この図は、秘密通信および妨害対向通信機能のために送信モードで送受信機／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）を構成および動作させるフロー図８００を示す。ステップ８０２において、多機能スライスを設ける。これは、前述の送受信機／プロセッサ構築ブロックを含む（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。
【００５６】
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データを暗号化および変調し、ＥＣＣＭ制御データを形成する。次に、プロセッサは制御データを、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）。受信では、プロセスは、逆となる。
【００５７】
したがって、送受信機／プロセッサ構築ブロック７００は、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。
【００５８】
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、レッド（機密）データを含む無線ネットワーク・バス７１２および放射の可能性のあるブラック・アセットに接続されているローカルＲＦ制御バス７２６間で完全な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。
【００５９】
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／送信機
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
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

Claims (10)

1. 電子無線システム多機能スライスの一部として用いる送受信機−プロセッサ構築ブロックにおいて、
   複数の同時に動作可能な双方向送受信機であって、各送受信機が広い周波数帯域にわたって動作可能な単一モジュールであり対応する広範囲の無線機能周波数をサポートする送受信機と、
   前記送受信機に結合され、前記複数の送受信機の動作を制御するとともに、該送受信機を介して送信および受信されたデータを処理するプロセッサと、
   前記多機能スライスの外部からの直接アクセスが不可能で、前記プロセッサと前記送受信機との間に結合され、前記送受信機に制御信号を供給するローカルＲＦ制御バスと、
   前記プロセッサに結合されたネットワーク・バスと、
   前記ネットワーク・バスに結合され、前記多機能スライスの外部から前記ネットワーク・バスへの直接アクセスおよび該バスを介して前記プロセッサへのアクセスを可能にするネットワーク・バス・コネクタと、
   を備え、複数の多機能スライスが前記ネットワーク・バスを介して相互接続し、電子無線システムによって使用するための利用可能な無線機能の数を増大可能であり、電子無線システムのフォールト・トレランスを増大可能であり、選択された無線機能集合を実行可能なプログラム可能無線システムを形成するように組み合わせることができる１組の多機能スライスを形成するように、複数の同一構築ブロックが相互接続可能およびプログラム可能である、
   送受信機−プロセッサ構築ブロック。
2. 請求項１記載の構築ブロックにおいて、更に、前記プロセッサに結合された外部制御バスと、前記多機能スライスの外部から前記外部制御バスへの直接アクセスを可能にする外部制御バス・コネクタとを備え、
   前記外部制御バスは、アンテナ干渉計構成データおよびビーム形成データを搬送し、
   前記ネットワーク・バスは、送信調整データならびに音声およびユーザ・データを、前記構築ブロックとの間で転送し、
   前記ローカルＲＦ制御バスは、前記複数の送受信機の同調データを搬送するとともに、
   前記ローカルＲＦ制御バスは、前記複数の送受信機の中間周波数帯域幅情報および中間周波数利得特性を搬送する、構築ブロック。
3. 請求項１記載の構築ブロックにおいて、前記ネットワーク・バスは、未暗号化情報を搬送し、前記ローカルＲＦ制御バスから分離されている構築ブロック。
4. 請求項１記載の構築ブロックにおいて、前記プロセッサは、前記複数の送受信機における各送受信機のための暗号化および解読に対するサポートを含む構築ブロック。
5. 請求項１記載の構築ブロックにおいて、前記プロセッサは、データのルーティングを制御するマルチレベル・セキュリティ・ソフトウエアを含む構築ブロック。
6. 所定数の通信スレッドをサポートする電子無線システム多機能スライスにおいて、
   ＲＦアパーチャ・インターフェースと、
   前記ＲＦアパーチャ・インターフェースに結合される複数の同時に動作可能な双方向送受信機であって、各送受信機が広い周波数帯域にわたって動作可能な単一モジュールであり、対応する広範囲の無線機能周波数をサポートする送受信機と、
   前記送受信機に結合され、前記複数の送受信機の動作を制御するとともに、該送受信機を介して送信および受信されたデータを処理するプロセッサと、
   前記多機能スライスの外部からの直接アクセスが不可能で、前記プロセッサ、前記送受信機、および前記ＲＦアパーチャ・インターフェース間に結合され、前記プロセッサからの制御信号を前記送受信機および前記ＲＦアパーチャ・インターフェースに供給するローカルＲＦ制御バスと、
   前記プロセッサに結合されたネットワーク・バスと、
   前記ネットワーク・バスに結合され、前記多機能スライスの外部から前記ネットワーク・バスへの直接アクセスを可能にするネットワーク・バス・コネクタと、
   を備え、複数の多機能スライスが前記ネットワーク・バスを介して相互接続し、電子無線システムによって使用するための利用可能な無線機能の数を増大可能であり、電子無線システムのフォールト・トレランスを増大可能であり、選択された無線機能集合を実行可能なプログラム可能無線システムを形成することが可能なネットワーク・バス・コネクタと、
   前記プロセッサに結合され、バックプレーン出力とバックプレーン入力とを供給するバックプレーン・インターフェースと、
   を備えた電子無線システム多機能スライス。
7. 請求項６記載の電子無線スライスにおいて、前記ネットワーク・バスは、未暗号化情報を搬送し、前記ローカルＲＦ制御バスから分離されており、前記ネットワーク・バスは、送信調整データ、ならびに音声およびユーザ・データを前記構築ブロックとの間で転送し、前記ローカルＲＦ制御バスは前記複数の送受信機の同調データを搬送し、前記外部制御バスはアンテナ構成データを搬送する、電子無線スライス。
8. 電子無線システム多機能スライスにおいて送受信機−プロセッサ構築ブロックを動作させる方法において、
   プロセッサに結合される複数の同時に動作可能な双方向送受信機を設け、各送受信機が広い周波数帯域にわたって動作可能な単一モジュールであって対応する広範囲の無線機能周波数をサポートするステップと、
   前記プロセッサに結合されたネットワーク・バスを通して前記プロセッサに未暗号化データを伝達するステップであって、前記ネットワーク・バスをネットワーク・バス・コネクタに結合して、前記多機能スライスの外部から前記ネットワーク・バスへの直接アクセスを可能にする、ステップと、
   前記未暗号化データを処理し、制御信号を形成するステップと、
   前記プロセッサと送受信機との間のローカルＲＦ制御バスを通して前記送受信機に前記制御信号を伝達するステップであって、前記ローカルＲＦ制御バスは前記多機能スライスの外部から直接アクセスが不可能である、ステップと、
   少なくとも１つの付加的電子無線システム多機能スライスを設けるステップと、
   前記多機能スライスを前記ネットワーク・バスを介して相互接続するステップであって、選択された無線機能集合を実行可能なプログラム可能無線システムを形成するように、１組の多機能スライスが結合および構成される、ステップと、
   を含む方法。
9. 請求項８記載の方法において、更に、前記ローカルＲＦ制御バスに結合された外部制御バスを通して、前記多機能スライスの外部にあるアンテナにアンテナ構成データを伝達するステップを含む方法。
10. 請求項８記載の方法において、更に、前記ネットワーク・バスを前記ローカルＲＦ制御バスから電気的に分離するステップを含む方法。

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