具有與協(xié)議無關(guān)的交換機的互連結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]在接下來的幾年里，由于兩個主要正在進行的空中交通管理(ATM)現(xiàn)代化計劃，航空通信基礎(chǔ)設(shè)施將逐漸發(fā)展。這些包括歐洲的單一歐洲天空ATM研究(SESAR)計劃以及美國的下一代空中運輸系統(tǒng)(NextGen)。盡管它們的不同，但這兩個計劃都假定未來的ATM將偏離語音通信，并將在很大程度上依賴于空/空和空/地數(shù)據(jù)交換。
[0002]已經(jīng)在SESAR和NextGen之前，聯(lián)合歐洲航管組織和美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)計劃“行動計劃17”(AP17)識別了對多達三個主要支持空中交通管制(ATC)和航空公司運營中心(A0C)服務(wù)的新的通信技術(shù)的可能的需要。這些新的通信技術(shù)包括:例如航空移動飛行器通信系統(tǒng)(AeroMACS)的機場本地通信系統(tǒng)、如L波段數(shù)字航空通信系統(tǒng)(L-DACS)的新的陸地視距通信系統(tǒng)，以及新的衛(wèi)星通信(SatCom)系統(tǒng)。只有AeroMACS目前正由歐洲和美國兩者實行。在歐洲，在SESAR計劃和歐洲航天局(ESA)計劃Iris中正在開發(fā)L-DACS和新的SatCom系統(tǒng)。相反，F(xiàn)AA和NextGen當(dāng)前依賴現(xiàn)有的極高頻(VHF)數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)的升級。這意味著如果歐洲的計劃成功并且美國保持當(dāng)前的基于傳統(tǒng)系統(tǒng)的方法，那么未來從SESAR飛往NextGen空域的飛行器將需要配備與兩組不同要求兼容的一組通信航空電子設(shè)備。
[0003]另外，即使SESAR解決方案在世界的其它部分被采用并與NextGen —致，將總是有ATM基礎(chǔ)設(shè)施所需的現(xiàn)代化將不可承受的并且只有傳統(tǒng)的語音通信系統(tǒng)將使用多年的許多區(qū)域。因此，在可以向配備傳統(tǒng)航空電子設(shè)備的現(xiàn)有飛行器提供許多免除時，將非?？赡艽嬖诤荛L的過渡時期。
[0004]用于這種未來環(huán)境的一種有前途的技術(shù)是基于分布式軟件定義的無線電(SDR)原理的靈活航空電子無線電架構(gòu)。雖然現(xiàn)有技術(shù)無線電設(shè)備中的許多使用SDR技術(shù)，但仍然存在對與SDR系統(tǒng)中所使用的互連結(jié)構(gòu)有關(guān)的具體的解決方案的需要，以提供飛行器通信系統(tǒng)所需的靈活性和冗余度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]無線電系統(tǒng)包括多個軟件定義的無線電單元，以及每個與所述無線電單元中的至少一個操作地通信的多個數(shù)字數(shù)據(jù)交換機，其中數(shù)字數(shù)據(jù)交換機操作地彼此連接。多個天線單元每個通過所述數(shù)字數(shù)據(jù)交換機中的至少一個與所述無線電單元中的至少一個操作地通信。多個無線電資源管理器每個操作地耦合到所述數(shù)字數(shù)據(jù)交換機中的一個或多個，其中所述無線電資源管理器中的每個被配置為控制所述數(shù)字數(shù)據(jù)交換機中的一個或多個以在無線電單元與天線單元之間路由數(shù)字數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0006]根據(jù)下面參考附圖的描述，本發(fā)明的特征對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將變得顯而易見。理解附圖僅描繪了典型實施例，并且因此不應(yīng)該被認為是對范圍的限制，通過附圖的使用，將用附加特征和細節(jié)來描述本發(fā)明，在附圖中: 圖1是根據(jù)一個實施例的靈活的航空電子無線電系統(tǒng)的互連結(jié)構(gòu)架構(gòu)的框圖；
圖2是根據(jù)另一個實施例的靈活的航空電子無線電系統(tǒng)的互連結(jié)構(gòu)架構(gòu)的框圖；以及圖3是根據(jù)又一個實施例的靈活的航空電子無線電系統(tǒng)的互連結(jié)構(gòu)架構(gòu)的框圖。
【具體實施方式】
[0007]在下面的【具體實施方式】中，足夠詳細地描述實施例，以使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解的是:可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下使用其它實施例。因此，下面的【具體實施方式】不應(yīng)以限制意義進行。
[0008]為靈活的航空電子無線電系統(tǒng)提供了針對數(shù)字數(shù)據(jù)使用與協(xié)議無關(guān)的交換的互連結(jié)構(gòu)架構(gòu)。該無線電系統(tǒng)基于分布式軟件定義的無線電(SDR)架構(gòu)，其包括多個通用數(shù)字信號處理平臺(在下文中被稱為“無線電單元”)，它們分別連接到波形特定的或波形獨立的無線電前端(在下文中被稱為“天線單元”)。
[0009]無線電系統(tǒng)中使用的數(shù)字數(shù)據(jù)交換機是“與協(xié)議無關(guān)的”，因為交換獨立于在無線電系統(tǒng)中傳輸?shù)膶嶋H數(shù)據(jù)和協(xié)議是可控制的。數(shù)字數(shù)據(jù)交換機具有到其它單元(諸如其它交換機、無線電單元或天線單元)的至少兩個連接。此外，數(shù)字數(shù)據(jù)交換機中的一個或多個可以作為單獨部件存在，或者可以與其它無線電系統(tǒng)部件集成。
[0010]每個無線電單元與相應(yīng)的天線單元之間的互連包括高速數(shù)字數(shù)據(jù)總線，其允許信號樣本和控制信息在無線電單元與天線單元之間的可靠和確定的傳輸。此外，無線電單元與天線單元之間的互連通過多個數(shù)字數(shù)據(jù)交換機可重新配置，從而使得取決于各個單元的實際配置，不同的無線電單元可以連接到不同的天線單元?？芍匦屡渲玫幕ミB提供了增加的系統(tǒng)級可靠性，因為可以容易地對信號進行重新路由以便繞過無線電系統(tǒng)中的故障元件。
[0011]在一個實施例中，與協(xié)議無關(guān)的數(shù)字數(shù)據(jù)交換機位于每個無線電單元內(nèi)部。該交換機在無線電單元之間相互互連，以便能夠?qū)崿F(xiàn)互連重新配置。替代地，交換機可以位于無線電單元之外。此外，由于無線電系統(tǒng)中的數(shù)字交換在對所有波形公共的物理層處進行，因此可以針對每個波形定義優(yōu)化的和最大地簡單的協(xié)議。這允許對傳統(tǒng)協(xié)議從用于一個盒內(nèi)或單個板上的射頻(RF)與數(shù)字模塊之間的通信的現(xiàn)有無線電的更容易的移植(porting)。
[0012]互連可以是本地的(例如，無線電單元和天線單元二者在航空電子設(shè)備艙中)，或者如果飛行器安裝約束允許則為遠程的(例如，天線單元置于天線附近以減少同軸電纜布線長度和重量)。例如，當(dāng)遠程天線單元位于天線旁邊時，用數(shù)字互連(光學(xué)系統(tǒng))替換同軸RF電纜使得RF損耗最小化，并且因此降低了所需的高功率放大器(ΗΡΑ)輸出功率。損耗的最小化的方差(variance)也放松了對自動增益控制的要求。
[0013]互連結(jié)構(gòu)架構(gòu)是可靠、確定并且靈活的，并且因此非常適合于未來航空電子無線電設(shè)備開發(fā)和認證。例如，該架構(gòu)適用于基于分布式SDR架構(gòu)的未來的通信、導(dǎo)航和監(jiān)視(CNS )航空電子無線電設(shè)備。本互連方法也滿足航空電子系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)吞吐量、延遲和網(wǎng)絡(luò)確定性的嚴格要求。
[0014]下文中參考附圖對本發(fā)明的示例性實施例進行描述。
[0015]圖1根據(jù)一個實施例示出了靈活的航空電子無線電系統(tǒng)100的互連結(jié)構(gòu)架構(gòu)。該無線電系統(tǒng)100通常包括多個軟件定義的無線電單元(標(biāo)記為RU1-RU3)，其通過無線電單元之中的每個中的與協(xié)議無關(guān)的數(shù)字數(shù)據(jù)交換機與多個天線單元(標(biāo)記為AU1-AU6)互連，與協(xié)議無關(guān)的數(shù)字數(shù)據(jù)交換機是可控制的以在無線電單元與天線單元之間對數(shù)據(jù)進行路由。
[0016]無線電系統(tǒng)100可配置為:根據(jù)不同的通信協(xié)議對無線信號進行處理，所述通信協(xié)議諸如下列各項中的一個或多個:VHF、特高頻數(shù)據(jù)鏈路(VDL)、高頻(HF)、高頻數(shù)據(jù)鏈路(HFDL)或Satcom協(xié)議，以及諸如AeroMACS和L-DACS的未來的協(xié)議。
[0017]在圖1中所示的示例性實施例中，無線電系統(tǒng)100包括:通過位于無線電單元102中的數(shù)字數(shù)據(jù)交換機122操作地耦合到第一天線單元112-1和第二天線單元112-2(AU1和AU2)的第一無線電單元102 (RU1)。第二無線電單元104 (RU2)通過位于無線電單元104中的數(shù)字數(shù)據(jù)交換機124操作地耦合到第三天線單元114-1和第四天線單元114-2 (AU3和AU4)。第三無線電單元106 (RU3)通過位于無線電單元106中的數(shù)字數(shù)據(jù)交換機126操作地耦合到第五天線單元116-1和第六天線單元116-2 (AU5和AU6)。
[0018]如圖1中所示，每個天線單元具有到單個交換機的單個連接。例如，天線單元112-1和112-2每個具有到交換機122的單個連接(例如通過單獨的連接電纜)。這提供了無線電系統(tǒng)100的重量和復(fù)雜度的降低，同時增加了可靠性。通過具有到給定天線單元的單個連接，簡化了天線單元設(shè)計，因為不存在對復(fù)雜的交換協(xié)議或?qū)Ｓ每刂瓶偩€的需要。天線單元通常包括一般與數(shù)據(jù)信號發(fā)送和接收相關(guān)聯(lián)的元件(諸如放大器、濾波器、環(huán)行器、調(diào)制器等)以用于經(jīng)由一個或多個天線來廣播或接收數(shù)據(jù)信號。
[0019]雖然在圖1