航空多天線無線電裝置和航空通信系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及航空通信技術領域，尤其涉及一種航空多天線無線電裝置和航空通信系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著民航事業(yè)不斷發(fā)展，民航飛機數(shù)量與流量不斷增加，地空數(shù)據(jù)通信流量也與日俱增。這些數(shù)據(jù)包括空管數(shù)據(jù)(ATC)、民航管理與運行數(shù)據(jù)(AOC)、機載移動通信數(shù)據(jù)(APC)。
[0003]傳統(tǒng)空地航空通信采用窄帶通信系統(tǒng)，信道容量已逐漸達到飽和，且頻譜利用率低。
[0004]此外，在飛機航行過程中，高速飛行導致通信系統(tǒng)受到多普勒效應的影響，產(chǎn)生多普勒頻移，由于多徑效應進一步產(chǎn)生多普勒擴展。多普勒效應會引起接收信號頻率產(chǎn)生偏移，對于多載波寬帶信號引起嚴重的子載波間干擾(ICI)，給信號的正確調(diào)制解調(diào)造成困難。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型實施例提供一種航空多天線無線電裝置和航空通信系統(tǒng)，以提高通信系統(tǒng)信道容量，以補償多普勒頻移。
[0006]第一方面，本實用新型實施例提供了一種航空多天線無線電裝置，包括:
[0007]航電總線數(shù)據(jù)收發(fā)單元，用于接收航電總線數(shù)據(jù)，并將所述航電總線數(shù)據(jù)發(fā)送至下述基帶信號處理單元，所述航電總線數(shù)據(jù)包括:空管數(shù)據(jù)、民航管理與運行數(shù)據(jù)、機載移動通信數(shù)據(jù)和工作模式配置數(shù)據(jù)；
[0008]基帶信號處理單元，與所述航電總線數(shù)據(jù)收發(fā)單元連接，用于根據(jù)工作模式配置數(shù)據(jù)，對所述航電總線數(shù)據(jù)進行多普勒補償處理，還用于對進行多普勒補償處理后的信號進行調(diào)制，得到第一低采樣率的基帶信號；
[0009]數(shù)字上變頻單元，與所述基帶信號處理單元連接，用于將第一低采樣率的基帶信號轉(zhuǎn)換為第一高采樣率的數(shù)字射頻信號；
[0010]數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，與所述數(shù)字上變頻單元連接，用于將第一高采樣率的數(shù)字射頻信號轉(zhuǎn)換為第一模擬信號；
[0011]發(fā)射天線陣列，與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換單元連接，發(fā)射天線陣列按預設距離均勻布設，且相鄰發(fā)射天線間設有隔離耦合結(jié)構(gòu)，用于以無線電形式發(fā)送所述第一模擬信號；
[0012]接收天線陣列，與所述發(fā)射天線陣列垂直設置，接收天線陣列按預設距離均勻布設，且相鄰接收天線間設有隔離耦合結(jié)構(gòu)，用于以無線電形式接收第二模擬信號；
[0013]模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，與所述接收天線陣列連接，用于將所述第二模擬信號轉(zhuǎn)換為第二高采樣率的數(shù)字射頻信號；
[0014]數(shù)字下變頻單元，與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元連接，用于將所述第二高采樣率的數(shù)字射頻信號轉(zhuǎn)換為第二低采樣率的數(shù)字信號；
[0015]所述基帶信號處理單元，與所述數(shù)字下變頻單元連接，用于對所述第二低采樣率的數(shù)字信號進行多普勒補償處理和解調(diào)；
[0016]航電總線數(shù)據(jù)收發(fā)單元，還用于接收經(jīng)所述基帶信號處理單元對所述第二低采樣率的數(shù)字信號進行處理后的信號。
[0017]其中，發(fā)射天線陣列中的相鄰發(fā)射天線間距為5-10m ;
[0018]接收天線陣列中的相鄰接收天線間距為5-10m。
[0019]第二方面，本實用新型實施例還提供了一種航空通信系統(tǒng)，包括:
[0020]航空器，所述航空器中配置有本實用新型任意實施例所提供的航空多天線無線電裝置；
[0021]空地通信地面基站，與所述航空器通信連接，所述空地通信地面基站上設置有地面發(fā)射天線陣列和地面接收天線陣列，用于發(fā)射和接收飛行管理數(shù)據(jù)；
[0022]衛(wèi)星，與所述航空器通信連接，用于在航空器和下述衛(wèi)星地面站之間采用無線方式進行數(shù)據(jù)中繼發(fā)送；
[0023]衛(wèi)星地面站，與所述衛(wèi)星通信連接，用于通過衛(wèi)星中繼，與航空器采用無線方式進行數(shù)據(jù)交互。
[0024]本實用新型實施例提供的航空多天線無線電裝置，通過航電總線數(shù)據(jù)收發(fā)單元接收航電總線數(shù)據(jù)，而后通過基帶信號處理單元對航電總線數(shù)據(jù)進行多普勒頻移補償和調(diào)制，再通過數(shù)字上變頻單元將經(jīng)基帶信號處理單元處理后的信號轉(zhuǎn)換為高采樣率的數(shù)字射頻信號，并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)化為模擬信號，最后通過發(fā)射天線陣列實現(xiàn)航電總線數(shù)據(jù)的發(fā)送。本實施例的技術方案，通過接收天線陣列接收模擬信號，而后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過數(shù)字下變頻單元降低信號的采樣率，再通過基帶信號處理單元進行多普勒頻移補償和解調(diào)，將處理后的信號發(fā)送至航電總線數(shù)據(jù)收發(fā)單元，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)接收。由于在數(shù)據(jù)發(fā)送和接收階段通過基帶信號處理單元分別進行了多普勒頻移補償，有利于數(shù)據(jù)的正確調(diào)制和解調(diào)；而且由于發(fā)射天線陣列和接收天線陣列分別形成MMO結(jié)構(gòu)，在不增加帶寬和天線發(fā)射功率或天線接收功率的前提下，能夠提高頻譜利用率，并提高無線信道容量。
[0025]本實用新型實施例提供的航空通信系統(tǒng)，通過在航空器中配置本實用新型任意實施例所提供的航空多天線無線電裝置，并在航空多天線無線電裝置的發(fā)射天線陣列和接收天線陣列中均采用了多天線結(jié)構(gòu)，能夠使航空器直接與空地通信地面基站進行數(shù)據(jù)傳輸；通過衛(wèi)星作為中繼，能夠?qū)崿F(xiàn)航空器與衛(wèi)星地面站之間的通信；并且在航空器不發(fā)送航電總線數(shù)據(jù)時，根據(jù)多天線發(fā)送的無線電信號，利用導航定位技術，能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星對航空器的定位功能。
【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本實用新型，下面將對本實用新型中所需要使用的附圖做簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1為本實用新型實施例一提供的一種航空多天線無線電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本實用新型實施例二提供的一種航空通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029]為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施例中的技術方案作進一步詳細描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本實用新型，而非對本實用新型的限定，基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實用新型相關的部分而非全部內(nèi)容。
[0030]實施例一
[0031]請參閱圖1，為本實用新型實施例一提供的一種航空多天線無線電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置典型的是配置在航空器(例如飛機)中，以實現(xiàn)航空器和地面基站之間數(shù)據(jù)的交互。
[0032]如圖1所示，該裝置包括:航電總線數(shù)據(jù)收發(fā)單元11、基帶信號處理單元12、數(shù)字上變頻單元13、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元14、發(fā)射天線陣列15、接收天線陣列16、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元17和數(shù)字下變頻單元18。
[0033]其中，航電總線數(shù)據(jù)收發(fā)單元11用于接收航電總線數(shù)據(jù)，并將所述航電總線數(shù)據(jù)發(fā)送至基帶信號處理單元12，所述航電總線數(shù)據(jù)包括:空管數(shù)據(jù)、民航管理與運行數(shù)據(jù)、機載移動通信數(shù)據(jù)和工作模式配置數(shù)據(jù)。
[0034]需要說明的是，航電總線數(shù)據(jù)為航空器和地面基站之間交互的數(shù)據(jù)。所述工作模式包括多普勒補償工作模式、以及衛(wèi)星輔助定位工作模式。所述工作模式配置數(shù)據(jù)用于觸發(fā)基帶信號處理單元12執(zhí)行與工作模式對應的操作。
[0035]基帶信號處理單元12與所述航電總線數(shù)據(jù)收發(fā)單元11連接，用于根據(jù)工作模式配置數(shù)據(jù)，對所述航電總線數(shù)據(jù)進行多普勒補償處理，還用于對進行多普勒補償處理后的信號進行調(diào)制，得到第一低采樣率的基帶信號。
[0036]需要說明的是，航電總線數(shù)據(jù)通常包含較多的低頻成分，甚至直流成分，而許多信道并不能傳輸?shù)皖l分量或直流分量，因此需要對航電總線數(shù)據(jù)進行調(diào)制。
[0037]在飛機航行過程中，高速飛行導致通信系統(tǒng)受到多普勒效應的影響，產(chǎn)生多普勒頻移，由于多徑效應進一步產(chǎn)生多普勒擴展。其中，多徑效應存在于無線電通信的短波通信中。無線通信中的短波通信主要是靠電離層的反射。多徑效應是指一個信號經(jīng)過不同的反射路徑到達同一個接收點，但各反射路徑的衰落和時延不同，導致得到的合成信號的失真較大。多普勒效應會引起接收信號頻率產(chǎn)生偏移，給信號的正確調(diào)制解調(diào)造成困難，因此，在對航電總線數(shù)據(jù)進行調(diào)制之前，優(yōu)選進行多普勒補償。具體地，可以采用多普勒補償器進行補償。
[0038]進一步地，所述多普勒補償器包括頻移確定單元和頻移補償單元，頻移確定單元和頻移補償單元連接，所述頻移確定單元，通過飛機飛行數(shù)據(jù)得到飛行速度和飛行方向；所述頻移補償單元，在一個信號發(fā)送時隙內(nèi)，利用多天線陣列信號中虛擬出一根或幾根相對地面天線靜止的天線發(fā)射信號，從而消除產(chǎn)生的頻移。
[0039]還需要說明的是，頻移補償單元可以通過內(nèi)插器和外推器實現(xiàn)。所述多普勒補償器可以通過可編程門陣列實現(xiàn)，也可通過專用集成芯片來實現(xiàn)。
[0040]數(shù)字上變頻單元13，與所述基帶信號處理單元12連接，用于將第一低采樣率的基帶信號轉(zhuǎn)換為第一高采樣率的數(shù)字射頻信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換單元14，與所述數(shù)字上變頻單元13連接，用于將第一高采樣率的數(shù)字射頻信號轉(zhuǎn)換為第一模擬信號；發(fā)射天線陣列15與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換單元14連接，發(fā)射天線陣列15按預設距離均勻布設，且相鄰發(fā)射天線間設有隔離耦合結(jié)構(gòu)，用于以無線電形式發(fā)送所述第一模擬信號。
[0041]優(yōu)選地，發(fā)射天線陣列中的相鄰發(fā)射天線間距為5-10m。
[0042]其中，發(fā)射天線陣列15形成多輸入多輸出(Multiple-1nput Multiple-Output,ΜΙΜΟ)天線陣列，信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增大，因此利用MIMO天線陣列在不增加帶寬和天線發(fā)射功率的前提下，可以提高頻譜利用率，并提高無線信道容量。
[0043]需要說明的是，通過航電總線數(shù)據(jù)收發(fā)單元11、基帶信號處理單元12、數(shù)字上變頻單元13、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元14和發(fā)射天線陣列15能夠?qū)崿F(xiàn)航電總線數(shù)據(jù)的發(fā)送。
[004