民航地空通信范文

民航地空通信范文（精选6篇）

民航地空通信 第1篇

关键词：民航,VHF地空通信,干扰机理,干扰源

高频地空通信电台 (以下简称“VHF电台”) 是实现空管地空通信的主要方式之一。但是, 随着航空网络的延伸, 民航118~136.975 MHz无线电专用频段受到干扰的情况也越来越多。这些干扰的存在严重影响了地空通信质量, 使得民航地空指挥通信系统无法正常运行, 进而影响到飞行安全。

1 干扰机理分析

通过分析大量的干扰事件发现, 同频干扰、互调干扰、阻塞干扰和杂散辐射是影响VHF地空通信的主要因素。其中, 同频干扰和互调干扰的影响最大。

1.1 同频干扰

同频干扰是指干扰信号与民航地空通信使用的信号频率接近, 它们都能够被收信机接收, 两者相遇就会产生干扰。干扰信号的存在使得收信机接收到的信息变得杂乱无章。对于管制使用而言, 最常见的就是背景噪声会直接影响正常信号的质量, 导致民航地空通信不畅。

1.2 互调干扰

在民航VHF地空通信干扰中, 最严重的就是互调干扰。互调干扰是由两个或者多个频率的信号通过相互调制而产生的新频率, 而新频率正好在收信机的接收频率内, 所以, 新信号就会经过末级放大器、传输系统进入空管的通信系统中, 从而干扰地空的正常通信。出现这种情况的主要原因是, 两个或两个以上的发射天线靠得比较近, 信号由发射机发出之后通过天线进行耦合。更严重的是, 互调频率还可以通过末级放大器传播出去。如果功率变大, 会造成更严重的干扰。

1.3 阻塞干扰

阻塞干扰对民航地空通信的影响也比较大, 它是存在于收信机附近的干扰信号。虽然干扰信号的频率不一定在收信机的接收频率内, 可能不会产生互调频率或者同频干扰, 但是, 干扰信号仍旧会降低收信机对有用信号的增益, 从而降低接收机的灵敏度, 形成阻塞干扰。

1.4 杂散辐射

杂散辐射是指发射机有用带宽以外的某些频率点上的寄生辐射, 它包括发射机内频率源的各种寄生振荡和谐波成分。

2 地空通信常见干扰源类型分析

2.1 大功率无线电话

大功率无线电话是当前民航地空通信中最常见的干扰源类型之一。目前, 国家并没有将大功率无线电话划归到专门的频率范围内, 所以, 在实际使用过程中, 大功率无线电话经常会侵占民航通信的专用频率, 一旦使用大功率无线电话时碰到民航地空正在通信, 就容易干扰民航通信。一般情况下, 无线电话的接收频率与发射频率相差几十兆赫。其中, 发射频率为108~150 MHz, 而接收频率有的在70 MHz附近, 有的在200MHz附近, 这些都是最常见的, 而且这些发射频率正好与民航地空的通信频率部分重叠。当大功率无线电话发射时, 对民航地空通信的干扰最强烈, 一旦其使用频率在民航通信频率范围内, 其信号传播范围内的所有民航无线电设备都会受到干扰, 进而影响民航的飞行安全。

2.2 调频广播电台的干扰

我国规定, 广播电台和电视台的调频广播信号频率应该在88~108 MHz之间, 而民航通信导航专用频段紧随其后, 信号频率为118~136.975 MHz。广播电台的正常发射功率为20 W, 其功率低, 覆盖范围小, 除非距离很近, 一般是不会对民航通信造成影响的。而调频广播电台的发射功率有数千瓦, 空管VHF电台的调制功率最大为150 W左右, 如果调频广播电台发射机互调, 射频放大部分的滤波装置因为年久失修性能下降或发生故障时, 很可能会导致广播信号的频率溢出, 继而干扰民航通信导航的专用频段。这样, 电台发射的信号就会直接被民航或者地面控制端接收, 进而发生巨大的安全隐患。随着我国城市的不断发展, 城市中各种调频广播电台的数量在增加, 功率在不断上升, 有些不合规的发射机没有安装滤波器, 其发射信号的频率与民航通信频率相同或者相近, 就会直接干扰民航地空的正常通信。

2.3 有线电视系统的干扰

有线电视增补频道直接使用了民航通信导航专用频率111~143 MHz, 这与民航无线电专用频率重叠。民航无线电专用频率如图1所示。

对于有线电视的信号传导来说, 如果传输线路的屏蔽系统发生故障, 电路中的信号散播出去同样会对民航通信造成同频干扰。这种干扰最常出现在机场周边、通信导航的航路上。电视台为了让有线电视的信号尽可能传播得远, 一般每隔一段传输距离会放置一个信号放大器。如果整个传输线路中的任何一处有破损, 信号泄露就会对周边机场的民航地空通信造成不必要的干扰。

2.4 空管内部设备的干扰

空管内部设备的干扰是民航地空通信被干扰的原因之一, 但是, 发生这种情况的概率非常低。在设置空管设备的频率时, 要统筹规划和计算, 而且设备工作时要遵循维护工作规范和流程。另外, 空管通信设备的质量、性能非常好, 技术参数也很严格, 一般不会出现信号互相干扰的问题, 但是, 不排除人为疏忽引发的问题, 比如信息的频率错误、设备安装不规范等。因为这样会降低发射的灵敏度, 导致发射功率不足, 腔体调节不规范, 没有达到标准值。虽然内部设备干扰发生的概率比较小, 但是, 也应该做好各种防范措施。

3 解决干扰问题的方案

3.1 加强民航与当地无线电管理部门的协作

民航VHF电台管理单位是空管的技术部门, 它没有执法权, 因此, 要想消除干扰信号对民航地空通信的干扰, 就要加强与当地无线电管理部门之间的协作。一旦发现问题, 要及时报告给当地的无线电管理部门, 由无线电管理部门行使职责, 及时查处干扰信号, 保证民航的正常通信。同时, 无线电管理部门要详细记录所有电台的台址、频率、功率等技术参数, 不定时审查这些参数, 确保其发射信号的频率不在民航地空通信的频率范围内。只有这样, 才能有效消除干扰信号。当然, 当地无线电管理部门也需要建立长效应急机制, 以便在发生突发情况时能够快速解决, 从而确保民航的安全运行。

3.2 规范空管内部台站建设和工作程序

虽然空管内部对地空通信设备有明确的安装和维护要求, 但是, 很可能会受到人为因素的干扰。因此, VHF电台从选型到安装、调试、运行都必须严格按照规章进行, 待安装完成之后及时试运行, 确保通信频率没有受到其他干扰。另外, 还要定期维护所有的通信设备, 并建立维护档案。在此要注意, 无论设备能否正常运行, 都要定期巡检维护。

3.3 建立无线电监测站

要想消除民航地空通信的干扰, 无线电管理部门要在城市中建立多个无线电监测站, 实时监测, 并定期分析监控信息, 随时掌握可能出现的干扰信号。有的调频广播为了延长传播距离, 擅自更改了电台功率。对此, 相关单位必须通过无线电监测站迅速掌握信号, 在与民航共享信息的基础上联合执法部门进行整改。

3.4 定期监测机场附近的电磁环境

机场地空通信设备对电磁环境有非常严格的要求, 虽然通信设备都采取了屏蔽电磁干扰的措施, 但是, 并不排除通信设备受到干扰的可能。随着城市的不断发展, 机场周边的电磁环境也越来越复杂, 各种有线电视、通讯信号塔、高压传输线路等都会对机场的通信造成影响, 使得机场周边的电磁环境发生变化。因此, 要定期监测机场附近的电磁环境, 看机场周边是否有干扰源, 为排除干扰提供依据。

4 结束语

随着我国民航事业的不断发展, 民航地空通信干扰越来越多, 而且也越来越复杂。通信干扰的出现使得飞机与空管管制部门之间的信息传递遇到了很多问题, 进而为飞机飞行埋下安全隐患。为了在最大程度上减轻民航地空通信干扰, 要具体分析干扰原理和干扰源的类型, 然后提出有针对性的解决方案, 最大程度地消除民航VHF地空通信的干扰, 保障民航的飞行安全。

参考文献

[1]孙国超.民航VHF地面通信干扰及对策分析[J].信息系统工程, 2013 (08) :17.

民航地空通信技术的发展 第2篇

一、地空数据的传输种类

(一) 甚高频数据链

甚高频数据链 (VHF) 是使用民航118.975~136兆的专用频段来对数据进行传输, 其具有极高的稳定性、信息传输迅速、发生延迟几率小等优点, 对卫星以及S模式数据来讲, 甚高频数据链具有投资成本不高, 并且使用便捷不复杂, 以及容易对其进行拓展等特点。因此这种甚高频数据链技术已经成为现阶段民航地空数据链通信中的重要方式之一。然而, 甚高频数据链还是存在一定的不足, 即:视距传输所能覆盖的范围相对较小, 如果想要全面实现航线的覆盖, 就必须建立多个发布点来解决覆盖问题。

(二) 高频数据链

高频数据链与甚高频数据链对比分析可知, 高频数据链具有大于视距的传输距离, 且能够覆盖的面积也相对较大, 但是由于高频数据链不具有良好的稳定性和可靠性, 致使信息数据传输速度得不到提升, 并且速率较慢, 同时延迟率高也是高频数据链的一大特点。

(三) 卫星通信数据链

在不同的区域范围内, 数据链通信所提供的服务都是基本上一样的, 只是在网络覆盖率达不到其通信要求时, 才会有服务不一样的现象出现。

二、地空数据链类型

(一) 飞机通信寻址与报告系统技术特性

现阶段, 飞机通信寻址与报告系统 (ACARS) 所使用的通信频段, 是现在国际民航专用的甚高频作为其频段支撑。这种系统所使用的空间通信方式是半双工形式, 也就是和地空无线通信所使用的工作模式一样。在进行地空之间数据通信时, 通信协议使用的CSMA, 其实际传输速度能够达到2400比特/秒。飞机通信寻址与报告系统是一种字符式的通信协议, 其信息组的最大可支持字符可以达到220个字节。在对较长的信息进行处理时, 由飞机通信寻址与报告系统通信把长数据划分成若干段, 在将每个数据段编制成相应的电文, 然后按照顺序将其通过无线数据链进行发送。因此, 只有在一份电文发送完成且经过接收验证以后, 才能进行下一份电文的传输。

在同一设备上, 这种系统可以和语音系统进行很好的兼容, 有效的降低了安装以及运营上所支出的经济费用。与此同时, ACARS与AIR NC规程一起应用, 就能够符合数据集成的需求标准, 并且还能够面向比特的同步协议进行连接。然而, 这种系统现阶段还不能满足民航飞行安全优先等级的实际要求, 但是它已经具有了部分等级的功能。还要值得注意的是, ACSRS与航空电信网之间是不能兼容的。

(二) ATN/VDL的特性

ATN方案建立在开放式系统能够进行互相连接以及面向比特的协议基础上。而ATN中最为重要的设备就是路由器, 这是因为路由器能够把地面网络和飞机网络之间进行很好的连接, 同时, 还能采用ATN的编制方法进行用户之间的信息传输。ATN路由器协议规程主要由下面几方面所构成。其一, 面向连接所使用的四级传输协议。其二, 网络连接协议。其三, 由终端系统传输至中介系统中的路由协议;其四, 区域之间的路由协议。

三、数据链系统在民航中的实际应用

(一) 飞机起飞之前确认放行任务

数据链系统技术应用在民航机场塔台管制中, 再经由地空数据通信方式对准备起飞的飞机进行放行。因此, 飞机一定要具备相关的机载设备进行有效支持, 这种数据链系统与传统的语音放行模式对比, 有着极高的优越性能。例如, 对飞机放行的数据传输非常准确, 传输速度也相对较快, 降低了飞机组以及地面管制人员的工作量。

(二) 管制员和驾驶员数据链通信和自动监视

管制员和驾驶员数据链通信 (CPDLC) 能够提供可以在ATS中使用的地空数据通信, 其中包含了现阶段所应用的话音模式以及相应放行和请求较为完善的标准。进一步实现管制员和驾驶员之间的交流和沟通, 提高管制移交与传输放行等功能质量。而这种双向的通信模式经由地空数据链, 对地面的的管制命令进行答复, 使数据通信以及管制命令能够进行很多次的阅读。CPDLC系统框图具体如图1所示。

(三) 自动监视系统的使用

在ADS模式背景下, 飞机能够使用数据链自主的向自动控制系统传递自身位置以及相应的信息数据, 有效的将飞机实际位置在系统终端的屏幕界面上进行显示。这种方法主要使用在雷达不能进行覆盖的海洋区域或者是空中区域。自动监视可以划分为相关以及非相关监视两种。非相关监视中是把地面作为基础, 对飞机飞行的实际位置进行预算。而在相关监视中, 飞机能够主动的将自身位置进行确定, 然后向自动控制系统报告, 但是语音报告位置时包含在飞机相关监视系统中, 因此, 飞机的位置就要通过机载的设备中, 然后, 使用无线电通话技术向自动监控系统报告。

四、未来地空通信技术的发展趋势

随着科技水平的发展以及民航地空通信技术的不断完善, 未来的通信技术也会朝着传输速度更快, 传送信息数据更加准确, 自动化水平更好, 稳定性更好等方向上发展。在地空技术的发展过程中, 使用国际民航组织标准, 能够有效提升数据传送速度的等级, 可以在原来的基础29100bps, 同时使用可靠的传输协议, 能够将错误几率控制在1.0E-10的范围内, 报文延迟几率能够降低将近50%左右, 从以往的5S降低到3.5S。

其中ATN属于民航专用的网络, 它具有的系统安全机制较为完善, 主要支持地空进行无缝通信, 可靠性非常的高, 不会因为局部故障而导致失效, 与此同时, 端与端间还存在着可靠的通信, 把所有通信因子都连接在一起, 构成一个整体, 可以对已有的投资进行发展, 能够保持平稳过渡。

结论

总而言之, 我国国内的民航业正处于发展阶段, 地空通信技术以及通信企业正在不断地发展和完善, 因此我们相信, 在地面网络覆盖逐渐增大以及通信链不断拓宽的今天, 地空通信技术未来的发展前景是无法估量的。

参考文献

[1]栾声扬, 邱天爽, 于玲, 等.基于飞机散射信号的民航地面干扰源定位新算法[J].大连理工大学学报, 2014 (06) :626-631.

民航地空通信 第3篇

1 VHF电台类故障

一般而言, 天线公用系统和单机系统就是VFH电台的主要分类, 其中的天线公用系统能够根据实际的故障状态来判断是公共部分的问题还是个电台的自身故障[3]。再者, 根据系统的成分也可以将VFB电台故障分类——电台内部模块的故障、滤波器故障和天馈系统故障等, 前者的故障类型分为控制信号类、电源类以及音频信号类故障, 后两者出现故障一般能及时发现, 其表现主要是电台发出的信号电压驻波比异常, 这种故障可能是由以下几点引起的:雨水浸湿导致的受潮、接口处松动、冰霜等的天气因素, 或者是电缆受到损坏, 滤波器与电台连接的问题, 甚至滤波器的频率与发射机频率不一致也会导致电压驻波比的失常, 如果日常检修工作中发现电压驻波比异常就可以从这些方面进行检查, 图1给出了用遥控通信系统的工作方式。

1.1 相关案例分析

故障描述:塔台反映的八信道天线公用系统某通道却接收不到机组的语音信号。

故障分析:

(1) 首先测试与此信道共用系统的其他信道, 其他信道正常收发, 表示可以排除天馈系统故障。

(2) 调节贝壳机, 使得其与故障信道的频率相同, 然后彼此通信, 测试得到, 信道主机没有接收信号, 而备机通信显示正常, 排除备机的接受支路故障可能性。

(3) 经检测, 故障点只可能在主机和3db分路器间的设备或者线路中, 首先进行简单的线路检测, 发现分路器的“D”端口BNC头有松动迹象, 将其连接好, 再次检测主机设备, 接受完好。

1.2 经验总结

(1) 此信道的故障原因在于分路器的线路接头接触不良, 使得信道接受出现问题, 从而出现了信号收发问题。

(2) 天线公用系统常常运作年份过长, 而且是连续工作, 常常会出现设备损坏、线路老化的问题和故障, 所以就要求检修员要定期检查设备和线路, 排查隐患。

(3) VHF天线共用系统中, 几个信道共同使用着一组设备, 主机和备机之间也公用着滤波器分路器等设备, 在进行设备检修的时候, 要以熟练的技巧掌握设备的信号关系, 排除不可能的故障区域, 及时有效的发现并解决问题。

2 传输接入设备类的故障

对于民航地对空通信的传输接入设备, 可供选择的设备类型太多, 甚至于各个空管局及其内部的设备都不尽相同, 但是, 设备及其组合的工作效用都大致相同, 实现话音和键控信号的数字化以及E1的成帧处理, 在设备的日常工作中, 传输接入类设备的故障很常见, 其原因可分为:硬件设置错误和软件参数变动以及模块和接口故障。

2.1 相关案例分析

故障描述:民勤遥控台的卫星路发射无用, 接受现实正常, 但是cu板测试正常, 而且, 复用器和接口单元测试状态都显示正常。系统工作方式如图2所示。

故障分析:依据工作原理, 进行逐级排查。

(1) 在民勤本地测试和DDN链路上进行相应的设备检测, 通行显示正常, 表明公共部分没有出现故障。

(2) 通过卫星路进行通信测试, 发出信号后, cu2000面板上的ptt灯显示正常, 但是远端站的RU2000面板上的指示灯无显示, 经分析, 故障应该出现在两者之间的线路或者接口单元上。

(3) 在此处的RU2000的信号指示不显示, 但是cu2000的指示灯显示正常, 则表示远端站已经将信号发出, 但是接收有了故障, 说明其卫星线路良好, 故障属于接口单元LINE板。

(4) 首先将兰州端LINE1板按照LINE2板进行设置后换上, 经过测试, LINE2的收发都显示正常, 让民勤使用同样的方法测试民勤LINE2路的收发, 其显示也是正常的, 进一步判定双方LINE1板是正常的。

(5) 先前的假设上没有考虑到跳线导致故障的可能性, 因为通常不会有人私自修改其设置, 所以没有考虑到跳线设置的失误, 然后联系双方远端台站的检修员检修跳线设置, 经过仔细核对检修后信号收发恢复正常。

2.2 经验总结

(1) 此次故障的原因可能是远端站进行接口单元的更换后并没有对设备进行系统的通信测试, 所以导致了跳线设置有误, 从而导致了通信异常

(2) 当某部件陈旧或者故障需要更换, 在更换后一定要对通信设备进行系统的整体检查, 否则可能会有意想不到的故障发生。

(3) 像此类的通信链路故障是比较常见的, 当故障发生时, 首先要联系供应商检查通信状况, 然后再对其他的传输设备进行检查, 如果上述并不能解决问题, 可以考虑联系远端检修人员, 协同解决故障, 解释解决问题。

3 终端设备类故障

终端设备例如遥控盒/内话等出现故障的话, 这条通道就会停止工作, 如果内话系统出现故障还有可能引起此系统内的多个席位异常[4], 若是发现此类故障, 首先开启应急设备, 保障通信的正常运转, 然后在一步步的找出并解决故障所在, 内话故障分类如下:

(1) 监控管理系统报告:系统可以自行检测部分故障所在, 然后显示在监控管理系统中, 所有的已确定故障将会在目录中显示, 减弱系统备份或者使得设备异常的成为已确定故障。

(2) 管制员申告监控管理系统无显示:系统只能检测出来一部分故障所在, 对于另外的故障, 检修人员在接到管制员的通知时才能有所发现, 才能对故障进行排查, 相对于系统故障来说, 以下这些故障的影响就比较小:线路工作异常、触摸屏异常、接口中的某些问题、扬声器、头戴式耳机、PTT、麦克风不工作等。

(3) 错误告警:因为其与故障的相似性, 所以容易将两者混淆, 其一, 参数设置错误导致的设备异常, 例如接口的异常通常是由于线路电平的参数错误;其二, 系统中的某一核心元件异常可能会导致与其相关的其他设备异常, 这时只要将核心元件恢复, 就可以将其他设备的异常取消, 系统恢复正常;其三:若是监控管理系统中显示了几个故障, 那么将有可能是其他元件问题, 在系统的其他部分, 按照故障组成就很容易可以排查隐患, 解决问题。遥控盒的故障可以分为:控制信号类、话筒类、设备接口损坏类故障等等。

4 设备间连线类故障

此类故障的可能点包括:连接处松动或脱落、线路短路、线路断路等等, 此类故障一般很难发现, 因为等到所有故障排查完才会想到连接线的问题, 如果已经确定连接线的问题就会方便很多, 直接利用万用表进行线路测试即可。

4.1 相关案例分析

故障描述:内话132.8-1的敦煌台收发信号均显示没有, 与其对应的指示灯PWR灯常亮和PPS灯闪亮, 相对应的V.24面板指示灯为RRD灯闪亮一次, PWR灯常亮, 然后RTD灯和RRD灯同时闪亮一次, 这两种交替出现。

故障分析:

(1) 因为此故障中, 同步板F-LINK指示灯和转换器的灯都指示异常, 所以考虑广电链路上的故障, 连线广电检修人员进行链路检修, 检修人员监测显示链路正常。

(2) 在链路测试正常的情况下, 就有可能有多种故障原因, 这也给排查增加了不少的工作量。因为嘉峪关和敦煌两地的遥控台工作方式相同, 由此可以运用替换法逐个进行故障检查与修复, 第一步要确认敦煌还是兰州端的设备故障, 现将两部转换器的E1接口BNC接头进行对调, 检测发现敦煌端显示正常, 嘉峪关与未进行对调的敦煌端现象一致, 则认为是兰州端的故障, 而且可以确认故障点一定在协转、协转—同步线路、同步单元。然后再进行两部协议转换器的RS232接口和同步板的DTE接口线路。首先进行两部协议转换器的RS232接口的25针头子, 检测发现, 敦煌端正常工作, 嘉峪关与未进行对调的敦煌端现象一致, 则确定协议转换器工作正常, 然后上述已操作的不变化, 再调换同步板DTE接口的9针头子, 经过检测, 敦煌端显示正常, 嘉峪关与未进行对调的敦煌端现象一致, 可以确认是敦煌端的协议转换器和同步板DTE接口之间的线路问题, 经过测试发现是线路短路, 然后重新连线, 再次测试, 两端显示正常, 表示故障已经排除, 通信恢复正常。

4.2 经验总结

(1) 协议转换器与同步板之间的连线如果短路, 就会造成通信故障, 建议在平时检修工作中, 焊接时加上热缩管, 保证不因人为因素引起的设备故障。

(2) 建议在进行设备连线的线路采购时, 经济与质量并重, 选购可靠的超五类网线。

(3) 此类的故障是一个比较复杂的排查过程, 如果可以的话, 建议使用替换法进行故障排查, 如此可以节约很多的时间精力, 在较短的时间内进行更多的故障排查, 解决问题, 保障通信。

5 结语

VFH遥控通信系统的中间步骤环节较为繁杂, 如果出现异常, 故障的排查将会较为复杂, 这就对故障检修人员有了更高的要求, 要求检修人员对理论有深层了解, 对工作原理和方法有更深入的体会, 在故障检查和事故面对上要保持清醒, 不急不躁, 对设备有整体把握, 能够应用相对应的仪器进行故障检查, 最终排除故障, 保证通信的正常运转。

摘要：为了进一步探讨民航甚高频通信系统中的故障问题, 文中对VHF电台类、传输接入设备类、终端设备类、备间连线类进行了故障分析的同时给出了相关案例以及经验总结分析, 这一研究对于当前VFH的稳定性运行具有一定的借鉴意义。

关键词：民航,甚高频通信系统,故障,设备

参考文献

[1]虞正阳.甚高频通信系统电磁干扰问题浅析[J].科技创新导报, 2011, (30) :80-81.

[2]王杨.浅谈在民航甚高频通信中互调干扰的对策[J].中国新技术新产品, 2011, (21) :19.

[3]胡飞.民航甚高频电台干扰浅析[J].科技创新导报, 2011, (32) :108.

民航地空通信 第4篇

1 甚高频地空通信系统的组成

民航四信道甚高频发射机天线共用系统结构框图如图1所示。在发射机天线共用系统中,话音调制后通过发射机发射出来,射频切换单元的作用是主备机切换,选择1台发射机发射;单向耦合器的作用是保护电台,防止反射功率烧坏电台,滤波器用于滤除杂波,让有用信号通过;合路器将四信道发射信号耦合成一路送入天线;射频信号最后通过天线发射出去。

民航四信道甚高频接收机天线共用系统结构框图如图2所示。在接收机天线共用系统中,天线接收到射频信号,功分器将天线接收信号耦合送入四个滤波器,经滤波后送到3d B耦合器;3d B耦合器(功分器)用于均分接收信号,送入主备2台接收机;接收机再把信号解调成音频。

2 腔体滤波器

从甚高频通信系统的组成中我们看到,不论是发射机天线共用系统还是接收机天线共用系统,都要使用滤波器,现在行业内传统使用的是可调式腔体带通滤波器,为了有效滤除杂波,防止干扰,民航标准对滤波器的指标做了严格要求,其中,反向损耗大于20d B,插入损坏小于1.5d B,选择性(工作频率±500Khz处衰减)大于15d B。腔体滤波器主要由主要由谐振腔、谐振导体、调谐钉组成。腔体滤波器有结构牢固、频率覆盖范围、一致性好、体积小、Q值适中、可靠性高、全温范围内性能稳定可靠等特点。要满足工作频率上的性能参数,需要使用网络分析仪对腔体滤波器进行调试,调试步骤比较复杂,由于大多数甚高频遥控台都建在海拔较高、交通不便的地区,当需要修改甚高频信道的工作频率时,要到本地重新调试腔体滤波器的工作频率和参数,给维护人员带来了诸多不便。另外,一些较强的干扰信号也会通过腔体滤波器进入收发信机中,对有用信号造成干扰。

3 超导滤波器

导体在超低温【接近绝对0°K(-273℃),实际上为77°K(-196℃)】时,电阻将趋于零,称为超导体。用超导体制作的高阶滤波器可以实现高陡峭度的滤波特性(陡峭度>30d B/MHz)。超导滤波器应用到甚高频遥控台接收机的输入端,能有效地抑制各种类型的干扰,包括邻近通带边缘仅1.5MHz的干扰,以降低带内互调干扰和底噪声,从而提高信号传输质量和容量。

超导滤波器是解决甚高频遥控台干扰的最有效方法。当导体温度在-200℃时,导体表面电阻近似为零,利用这个特性制成的超导滤波器,Q值能提高很多,最大值可达10万,而目前采用的腔体滤波器的Q值仅为超导滤波器的二十分之一。因此超导滤波器具有相当陡峭的过渡带(峰值可达-100d B/400KHz),相当高的阻带抑制(>60d B)和相当小的通带插损(<0.1d B)。另外在超导滤波器之后配备有低噪放(LNA,增益大概为12d B),低噪放可以在超低温条件下工作,它具有非常低的噪声系数(<0.5d B),用低噪放作为甚高频遥控台接收机的射频输入端设备,可以完全抑制遥控台接收机的各种干扰,提高了甚高频接收机的灵敏度,解决了话音通信上行信号弱的瓶颈问题。而且将超导滤波器安装在遥控台主接收机和分集接收机上,不会影响分集接收抗多径衰落的功能。

通常在有用信号通带相邻处产生较强的干扰时,现有遥控台常规腔体滤波器无法抑制该干扰。该干扰信号进入遥控台接收机后,由于遥控台接收机输入部分的低噪放(LNA)和混频器产生的非线性互调失真,将会使互调产物落在接收机有用信号带内,对接收机形成无法滤除的干扰。轻者使带内底噪声增加,信号传输质量下降;重者将会使通信中断。而采用超导滤波器可以将该邻频强干扰拒之于接收机之门外,进不到接收机的LNA和混频器,所以可以大大降低接收机的互调干扰(如图3所示)。

另外,由于用了低温-200℃状态下的低噪放(LNA),接收机的灵敏度提高了3d B,从而可以有效扩大甚高频遥控台的覆盖范围,甚高频遥控台覆盖面积可以扩大45%左右,覆盖半径可扩大22%左右。这样在台站规划时,可以减少台站数量,降低台站建设成本。

4 结束语

本文通过腔体滤波器和超导滤波器的比较,可以看出将超导滤波器运用于民航甚高频地空通信系统是可行的,但由于超导滤波器生产成本高,价格贵,在推广运行方面还需要深入研究,另外在以保证民航飞行安全为首要目标的空中交通管理工作中,超导滤波器的稳定性还需要经过时间的考验,但是由于超导滤波器强大的抗干扰能力,配合低噪放使用可以提高接收机灵敏度,增加甚高频遥控台覆盖范围,降低建台成本,先作小范围的运行实验还是可以的。

摘要：民航甚高频地空话音通信依靠甚高频频段的无线电波的直线传播特性提供地面电台与航空器电台之间的视距通信,它可以为空中交通管制部门、航空公司航务管理部门与飞行员之间提供直接的话音通信服务。其工作频率在118~136.975Mhz,为了滤除杂波,让有用信号通过,在传统的甚高频收发系统中采用了可调式腔体滤波器,本文通过超导滤波器与传统腔体滤波器的对比,研究了用超导滤波器替代甚高频通信系统中腔体滤波器的可行性。

关键词：民航甚高频地空话音通信,腔体滤波器,超导滤波器

参考文献

[1]吴新杰,姚彦.高温超导滤波器及其在移动通信中的应用[J].移动通信2007,31(5).

[2]刘蓉,任培明,霍甲.地空通信综述[J].数字通信世界,2013(12).

地空通信信道模拟器研究 第5篇

地空通信是指空中飞行平台(如有人飞机、无人飞机、气球、飞艇等)与地面之间的通信,地空通信的显著特点是通信双方所处位置为一高一低,通信链路始终保持“通视”效果。然而,由于飞行路线的复杂性,特别是相对地面站通信仰角较低的情况下,各种地形、地貌,以及建筑物等会对信号产生反射,使得接收信号电平弱且有多径伴随,信道明显地呈现莱斯特性。

为了研究飞机在各种飞行路线上飞行时的通信效果,以及日常操作训练,需要经常动用飞机进行飞行试验。然而,大型飞机的每次起飞,都将有几十万元的花费,开销很大。那么,是否可以研制一套设备,不必花费很多资金,而又能比较准确模拟该通信信道呢?这就是问题的提出。

当然,地空通信链路不是简单的信号变小过程,它与飞机的飞行姿态、天线的方向图增益、路径损耗、大气效应、地面效应,以及飞行路线上的山脉、建筑物、金属机械等影响是密切相关的。

1 地空信道分析

由于地球的表面可以等效成一个光滑的球面和一个大小不规则的起伏面的组合,如图1所示。这就形成了以球面的反射点T1为主,其他不规则面的多个反射点Tn围绕在T1周围,到达通信点的电波为直射波和这些反射波的总和。

地貌的影响如图2所示,当飞机在近邻高山,或者在峡谷中飞行时,山体的多次反射将对电波传播产生严重影响。同时,飞行路线中的丘陵、森林等,在某些时刻可能会阻挡或者吸收部分反射波,从而减小多径的影响,如图3所示。当飞机飞行距离大于某特定值后,地球曲率的影响,也会阻挡住相当数量的反射波[2]。

综上所述,接收机接收到的电场强度应该是飞机与地面站之间除去被阻挡后的电波的矢量和。

2设计思路

利用一台机载信号发射机、多路信号分配器,以及各支路信号衰减器、移相器组成硬件平台,与一台计算机相连,构成地空信道多径模拟器,如图4所示。

计算机配以相应软件,首先输入真实飞行路线上的各种地形地貌、森林、河流、建筑物,以及气象条件、飞机飞行高度等,并将地面站和飞机机载设备天线的真实方向图输入计算机。计算机将计算出在不同的飞行位置将可能出现几条反射线路,每条反射线路的反射点在什么位置,该位置的电波反射系数和相位变化等,同时计算出其中有几条被建筑物或森林遮挡。然后,计算机输出2个控制量,分别控制各路信号的数控衰减器和数控移相器。那么,模拟器输出的合成信号将与地面站实际接收信号基本一致。

分路器和合路器采用0度相移的一分为六功率分配器,这样,系统最多可以模拟6个多径信号同时存在的情况。实践证明,这足以满足用户日常训练需要。当然,作为研究,根据需要,可以将系统硬件部分进行扩充,可以模拟更多路多径信号同时存在的情况。

3软件设计

软件共分输入模块、计算模块、数据库模块、控制模块、显示模块等5大模块。其中,输入模块主要完成飞行路线地形参数、飞行状态参数、气象参数等信息的输入,是作为模拟器控制的主要依据,尽管输入过程可能十分复杂,但输入的越详细控制就会越准确;计算模块是模拟器的核心模块,负责完成可能形成反射条件的寻找和反射点位置计算,是最终输出控制参数的根本依据,图5所示为计算流程图;数据库模块存储输入信息和各种地形的幅度反射系数、相角变化等参数,它是以图形曲线或矩阵形式存在的;控制模块输出6组模拟控制量,用于控制硬件平台上的数控衰减器和数控移相器;显示模块采用数字和图形显示两部分内容,图形部分显示飞机飞行位置和各反射点位置信息,数字部分显示6组控制参数。

4结束语

本文介绍了地空通信中多径信道模拟的思路,已经完成设计,具有较好的人机界面,能适时改变所输入的地形信息,适时相应的地形状态以及判断出相应的路径中的多径信息。该软件已经在某工程中得到应用。通过与实际飞行结果相比较,总电平模拟误差小于1 dB,可以认为模拟准确,从而为地空通信试验前提供了可靠的参考资料,为用户节约了大量试验费用。

根据研究需要,已经完成设计构想,可以采用软件无线电技术,将多径的模拟数量提高到255个,需要进一步工作完成。

参考文献

[1]姚颜彦.数字微波中继通信[M].北京:人民邮电出版社,1993.

[2]陈建民.地空天线的高度与多径干扰[J].无线电通信技术,2000,26(1):44-45.

地空通信调制解调关键技术分析 第6篇

目前国外空-空通信、空-地通信发展方向是探索将升空平台作为网络中的地区节点,主要是指利用飞机(包括有人驾驶飞机和无人机)、浮空平台(包括飞艇、系留气球等)等升空载体,搭载通信载荷,以更快的速度、更机动的方式形成升空节点或中继通信平台,提供通信中继能力。例如:美军的MP-CDL、ACN、BACN、MP_CDL及“全球鹰”等通信系统。

地空通信为典型的低莱斯因子信道,低仰角区域因多径传输而造成信号的严重衰落,同时地面、机体表面反射引起的多径串扰也是制约高速数据传输的瓶颈;此时,如果伴随飞行器高速运动而引入的信道时变和多谱勒频移会使问题更加复杂。如何降低多径情况对通信质量的影响、提高系统的传输可靠性是研究的努力方向。

1 自适应均衡技术

地空信道信息高速传输时,多径展宽相对符号持续时间多在3倍以上,多径引起的符号间的干扰将变得十分严重,会使系统引入不可减小误码;此外飞行器高速运动引起的信道时变以及多谱勒频移,同样对系统性能产生影响,严重时无法正常工作[4]。自适应均衡技术是一种比较理想的抑制码间干扰、补偿信道频域选择性衰落的措施[5]。

1.1时域自适应均衡技术

目前国际上常用的自适应均衡器采用判决反馈均衡结构,使用的最佳算法为LMS 算法。判决反馈均衡器结构对于信道存在深度频谱衰落和大多普勒环境下的情况具有较好的均衡效果,而其性能优于线性均衡器接近于性能最优复杂度相当高的MLSE 接收机。LMS 算法的优势在于它的简易性和有效性,实际实现LMS 算法时不需要求平方、平均或者微分计算,其每次权矢量更新需要2N(N为均衡器抽头数目)次乘法[1]。

判决反馈均衡器(DFE)包括2部分:前向均衡器采用其加权系数自适应于信道状态的抽头延迟线滤波器实现,使多径时延展宽的宽度减小,从而消除码间干扰对检测的影响;反向均衡器用另一个自适应抽头延迟线滤波器实现,利用相加器输出的取样值,反馈回来消除过去判决的码间干扰。除了克服多径引起的码间干扰外,自适应均衡器将每一多径分量中所需要的信号能量进行相位校正和合并,使信噪比得到改善。

在符号检测器中,数字信号首先进行过零判决,产生的判决输出分为2路,一路送给差分解码器完成解码,另一路在判决指导模式中用来计算判决前后的差值,从而生成误差信号,供前向和反向均衡器使用。

采用QPSK调制方式,信道衰落将不仅引起同路间的码间串扰,还会引起异路间的正交串扰,因此均衡器也必须采用二维的正交结构。正交判决反馈均衡器采用复数抽头,输入信号和判决输出均是正交的2路信号。正交判决反馈均衡器的结构如图1所示。

1.2均衡器-解调器独立设计

这种方案包括相干解调器和均衡器2个组件组成,2部分相互独立,如图2所示。其中的均衡器又包括一个线性均衡器LE和一个判决反馈均衡器DFE。LE和DFE都是整数抽头间隔均衡器,因此相对于分数抽头均衡器而言,LE和DFE使用较短的抽头延迟线就可以均衡延迟时间较长的多径干扰。该均衡器可用于纠正设备收发通道内的线性失真,对莱斯因子小于10 dB时的离散多径信道也有比较好的均衡能力。当信道莱斯因子大于10 dB时,由于位定时和载波恢复机制独立于均衡器,位定时和载波恢复首先破坏,最终导致均衡器失效。

1.3均衡器–解调器联合设计

由于地空通信信道多径结构及持续时间快速变化,均衡器必须具备动态特征,即:快速的收敛时间和优良的跟踪时变信道的能力。若采用常用均衡器往往载波和时钟环路还未收敛,信道特征就发生了较大变化,将很难收敛。借鉴变参信道中时域均衡器结构,采用均衡器和解调器的联合设计。图3 是均衡器-解调器联合设计的解调器结构。

载波恢复工程上常用判决反馈Costas环。当收发频差小于符号速率的1%时,载波恢复可简单地看成载波相差恢复在解调器-均衡器设计时引入判决反馈Costas环,从均衡器输出的软信息中提取误差信号后经锁相环形成反馈控制均衡器输入信号,合理调整环路参数,就能达到适应大频偏同时适应动态多径的效果[2]。

2 高效纠错编码技术

高速大容量机载通信要求能够满足高速数据传输的同时,保证信息传输的质量。采用高效纠错编码结合调制解调技术,提高通信灵敏度,进一步增加链路余量,提高传播可靠度,同时对强多径干扰下形成的不可减误码进行抑制。

LDPC具有编码增益高、译码速度快的特点;且具有较大的灵活性和较低的差错平底特性;描述简单,对严格的理论分析具有可验证性;译码复杂度低于Turbo码,且可实现完全的并行操作,便于硬件实现;吞吐量大,极具高速译码;具有抗突发差错的特性,不需要引入交织器,避免了可能带来的时延。3/4码率以下的LDPC的BER曲线与无编码QPSK解调BER曲线的交汇点一般低于1×10-2,随码率降低甚至可低至1×10-1,因此,在恶劣的变参地空信道中LDPC展现出良好的应用前景,特别适合复杂电波传播环境中的机载平台数据通信。

这里LDPC 码采用(8 176,6 132)的QC-LDPC码,码字用欧氏几何法生成。其编码矩阵E可以分为I和A两部分,E=[I|A],其中I为6 132×6 132的单位矩阵,A为准循环矩阵。A由12×4个511×511的子矩阵Bi,j构成,其中每个Bi,j都是循环矩阵[3]。

解码矩阵D由12×16个511×511的子矩阵ΔφUi,j构成,其中每个都是置换矩阵。

由于矩阵A和矩阵D都是循环子阵或置换子阵,因此该码的编解码过程很容易在FPGA/ASIC中并行实现。

3 仿真及测试结果

3.1均衡器-解调器联合设计

同样假定符号速率为20 Msps,LE长度为n=12,DFE长度为m=6,仿真均衡器在固定多径干扰、有载波频差Δf和位定时频差Δf2时的性能,图4是多径时延功率谱。图5是有频偏校正的均衡器在Δf=10 kHz,Δf2=10 ppm时眼图的收敛过程以及抽头系数(复数模值)的分布情况。

由仿真可以得出[6],当Δf<10 kHz时,均衡器可以快速收敛,收敛过程差异不大;当Δf=50 kHz,均衡器也可收敛,但收敛较慢。一旦均衡器收敛,其系数与多径结构有关,而与Δf、Δf2无关。

3.2 LDPC编码

图6是采用(8 176,6 132)的QC-LDPC码在设备上的测试结果。

经过实测,该码字的误码平底至少在BER=10-9以下,其性能距离香农限不大于1.4 dB。由于编码、解码矩阵都为准循环矩阵,编解码器可比较方便地在FPGA中实现,占用资源规模也很小。

4 结束语

主要分析了自适应衡器在地空通信中与解调器联合设计原理和实现结构,以及LDPC编码原理与实现方法;给出了均衡器–解调器联合设计的解调器仿真数据及LDPC上机曲线。目前该2项技术已成功用于工程中,在抗动态多径情况下较传统的解调器在性能上有明显优势。

摘要：针对地空通信中的多径时延展宽引起的严重的码间干扰和信道时变以及多谱勒频移等问题,介绍了调制解调中的关键技术,分析了自适应均衡技术和LDPC编码原理,提出了均衡器-解调器联合设计结构和LDPC编解码实现方法,给出了均衡器–解调器联合设计的解调器仿真结果以及采用LDPC的解调器误码曲线。该2项技术对通信的质量和系统的传输可靠性有明显的改善。

关键词：地空通信,自适应均衡,LDPC,多径

参考文献

[1]FANG L,SAMUELI H.A60-MBd,480-Mb/s,256QAM Decision-Feedback Equqlizer in1.2μm CMOS[J].Ieee Journal of Solid-State Circuits,1993,28(3):330-338.

[2]王东,李志勇.地空大容量传输自适应均衡技术[J].计算机与网络,2009,35(8):49-53.

[3]李志勇,李文铎.一种高速LDPC编译码器的设计与实现[J].无线电工程,2009,39(7):17-19.

[4]王东,李志勇,白立锋.地空信道特性研究[J].无线电通信技术,2009,35(3):32-34.

[5]樊昌信.通信原理[M].北京:国防工业出版社,2001.