一種實現航空無線通信系統混合業務信息共享傳輸的系統的製作方法
2023-09-17 01:52:10
一種實現航空無線通信系統混合業務信息共享傳輸的系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種實現航空無線通信系統混合業務信息共享傳輸的系統，包含依次連接的基於時間統計的混合業務信息表徵模塊、混合業務信息分級模塊、自適應混合業務信息融合模塊、混合業務信息差異化配置模塊和混合業務信息調製模塊，採用基於時間統計的業務量信息評估策略，將飛行器機載設備的遙測信息、視頻圖像信息、任務載荷和設備狀態信息等進行分級處理，並針對不同業務信息服務質量進行差異化配置，實現業務信息的識別和分離。本發明實現了混合業務信息的可靠共享信道傳輸，避免混合業務信息傳輸時每類業務佔用獨立信道，從而降低頻譜識別的難度。
【專利說明】一種實現航空無線通信系統混合業務信息共享傳輸的系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及航空航天的無線通信領域，尤其涉及航空航天飛行器中的無線通信設備，是一種兼容混合業務信息共享傳輸的實現方法。
【背景技術】
[0002]隨著航空無線通信技術廣泛普及，機載業務種類日益豐富。早期航空航天數據鏈系統大都採用分立體制，遙控、遙測、視頻傳輸和跟蹤定位採用各自獨立的信道，佔用較多頻譜資源，並且為降低不同體制同時傳輸時的鄰道幹擾抑制，需在硬體和軟體設計過程中採取各種方法來降低，增加了設備實現的複雜度。為簡化設備並節省頻譜，20世紀80年代後，航空航天數據鏈系統大量採用統一載波綜合體制，根據業務需求和可能來進行不同程度的信息綜合，構成不同形式的綜合數據鏈系統。現如今，如何充分利用稀缺的無線通信資源為差異化的業務提供更好的服務是未來無線通信系統亟待解決的問題之一。目前，對於混合業務傳輸更多關注於較高層級的設計，如資源分配策略等，而對於物理層基帶技術鮮有關注。不同業務信息對於服務質量要求的差異意味著物理層傳輸技術性能的要求存在差異，當採用性能單一物理層技術進行混合業務傳輸時，如果按照對傳輸性能要求最高的業務進行設計，傳輸低性能要求的業務時將造成通信資源的浪費，反之，則難以滿足高質量業務需求。同時鑑於業務種類增多或業務信息切換頻繁時，對數據鏈終端設備的處理能力將提出更高的要求，而且將不同業務孤立處理也不利於業務間通信資源協同分配的實現。
【發明內容】
[0003]為實現航空航天飛行器無線通信設備兼容多類業務信息傳輸，並根據業務信息服務質量的優劣來區分進行相應處理，從而實現航空航天飛行器混合業務信息的可靠傳輸，本發明的發明目的在於提供一種實現航空無線通信系統混合業務信息共享傳輸的系統，依據業務信息種類、業務信息服務質量等來構造共享傳輸信道，以實現航空航天飛行器遙測、遙控、跟蹤定位和無線電測距等功能的可靠實現，以降低無線通信機載設備的體積和重量，降低實現成本，且提高系統的可維護性。
[0004]本發明的發明目的通過以下技術方案實現:
[0005]一種實現航空無線通信系統混合業務信息共享傳輸的系統，包含依次連接的基於時間統計的混合業務信息表徵模塊、混合業務信息分級模塊、自適應混合業務信息融合模塊、混合業務信息差異化配置模塊和混合業務信息調製模塊；
[0006]所述基於時間統計的混合業務信息表徵模塊用於對業務信息進行單位時間內信息量的循環統計，輸出不同業務信息單位時間內的波特率；
[0007]所述混合業務信息分級模塊用於依據業務信息單位時間內的波特率和業務信息的先驗知識對業務信息進行分級表徵；
[0008]所述自適應混合業務信息融合模塊用分級表徵的業務信息構造混合業務信息共享傳輸的通信幀結構；
[0009]所述混合業務信息差異化配置模塊對通信幀結構中的業務信息根據不同的分級表徵採用不同的擴頻方式和信道編碼；
[0010]所述混合業務信息調製模塊用於完成通信幀結構的調製功能，通過數模轉換器進行發射，最終完成混合業務信息的共享信道傳輸。
[0011]依據上述特徵，所述混合業務信息分級模塊將業務信息分為三級，第I級業務信息為:低波特率，高可靠性和高實時性的業務信息；第II級業務信息為:中波特率，中可靠性和中實時性的業務信息；第111級業務信息為:高波特率，低可靠性和低實時性的業務信息，所述低波特率為波特率小於1Mbps，所述中波特率為波特率大於等於IMbps小於等於8Mbps，所述高波特率為波特率大於8Mbps小於等於32Mbps。
[0012]所述第I級業務信息主要為遙控類信息，包含地面控制站發送的飛行器航路規劃、飛行器作戰任務規劃、飛行器機載設備參數設置以及機載飛行器設備響應狀態回報的指令；所述第II級業務信息主要為遙測信息，包含飛行器機載設備的狀態參數回報和機載紅外視頻源信息；所述第III級業務信息主要為機載高清視頻源信息，包含飛行器機載設備高清攝像頭拍攝的視頻源信息。
[0013]所述混合業務信息差異化配置模塊對第I級業務信息採用多進位擴頻和級聯碼方式；第111級業務信息採用Turbo/TPC/LDPC塊編碼方式；第II級業務信息採用軟擴頻和級聯碼/Turbo/TPC/LDPC編碼方式組合。
[0014]進一步，所述自適應混合業務信息融合模塊用跟蹤定位業務信息組成幀頭，既實現跟蹤定位又可用於通信的信道估計、定時載波恢復以及幀同步。
[0015]所述自適應混合業務信息融合模塊對跟蹤定位信息採用復正交互補序列集來進行構造，根據跟蹤定位的精度需求進行自適應調整。
[0016]進一步，自適應混合業務信息融合模塊用無線電測距業務信息組成的附加數據段，以提高頻譜利用率。
[0017]所述自適應混合業務信息融合模塊對無線電測距業務信息根據抗幹擾以及測距精度需求進行自適應調整，採取不同的擴頻和級聯碼編碼方式。
[0018]本發明有如下幾個主要的技術要點:
[0019]1、充分利用數位訊號處理技術對機載不同業務信息進行表徵，其實現簡單，複雜度低；有效減小MAC層和應用層對業務信息進行劃分的複雜度，降低MAC層和應用層資源分配策略實現的難度。
[0020]2、充分利用業務信息單位時間的波特率和業務信息的先驗知識對其進行分級，使各類業務信息進行差異化設置時具有針對性，以最大程度提高業務信息傳輸的質量。
[0021]3、充分融合跟蹤定位和無線電測距等業務信息，使其與其他業務信息共享同一個傳輸信道，提高機載設備的綜合化能力，有效降低機載設備的體積與重量，降低實現成本。
[0022]4、充分利用業務信息的分級策略，對業務信息進行差異化配置，針對不同級別的業務信息採取不同的編碼和抗幹擾策略，以最大程度應對複雜電磁環境的幹擾，提高通信設備服務質量的魯棒性。
[0023]本發明的有益效果在於:
[0024]本發明基於時間統計的混合業務信息表徵和分級策略，減小MAC層和應用層對業務信息進行劃分的複雜度，降低資源分配策略實現的難度；融合跟蹤定位和無線電測距等業務信息，構造混合業務信息共享傳輸的通信幀結構，提高機載設備的綜合化能力，有效減小機載設備的體積與重量，降低實現成本；針對不同的業務信息採取相應的編碼和抗幹擾策略，以提高不同於業務信息應對複雜電磁環境的能力，滿足用戶對不同業務信息服務質量的要求，提高無線通信設備混合業務信息傳輸的安全性和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明一種實現航空無線通信系統混合業務信息共享傳輸的系統的結構圖；
[0026]圖2為本發明中基於時間統計的混合業務信息表徵模塊的工作原理圖；
[0027]圖3為本發明中混合業務信息分級模塊的工作原理圖；
[0028]圖4為本發明中自適應混合業務融合模塊的工作原理圖；
[0029]圖5為本發明中混合業務信息差異化配置模塊的工作原理圖。
【具體實施方式】
[0030]下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0031]為實現航空航天飛行器無線通信設備兼容多類業務信息傳輸，並根據業務信息服務質量的優劣來區分進行相應處理，從而實現航空航天飛行器混合業務信息的可靠傳輸。見圖1，本發明主要包括:基於時間統計的混合業務信息表徵模塊、混合業務信息分級模塊、自適應混合業務信息融合模塊、混合業務信息差異化配置模塊和混合業務信息調製模塊。
[0032](I)基於時間統計的混合業務信息表徵模塊(見圖2)
[0033]基於時間統計的混合業務信息表徵模塊完成對業務信息η進行單位時間內信息量的循環統計，準確輸出不同業務信息單位時間內的波特率RsymboI。
[0034](2)混合業務信息分級模塊(見圖3)
[0035]混合業務信息分級模塊主要依據(I)中不同業務信息波特率和預知的業務信息先驗知識對業務信息進行分級，主要分為三級。第I級為:低波特率(Rsymb0KlMbps)、高可靠性、高實時性；第11級為:中波特率(1Mbps ( Rsymbol ( 8Mbps)、中可靠性、中實時性；第III級為:高波特率(8Mbps < Rsymbol ^ 32Mbps)、低可靠性、低實時性；其中第I級主要為遙控類信息，主要涉及地面控制站發送的飛行器航路規劃、飛行器作戰任務規劃、飛行器機載設備參數設置以及機載飛行器設備響應狀態回報等指令，其關係到飛行器運行的安全、可控和可靠，因此要求進行高可靠性和高實時性傳輸；第II級主要為遙測信息，主要涉及飛行器機載設備的狀態參數回報和機載紅外視頻源信息等，其主要關係到地面控制站對飛行器飛行過程中的狀態顯示以及對紅外視頻源的特徵提取，要求進行中可靠性和中實時性傳輸；第III級為主要為機載高清視頻源信息，其主要為飛行器機載設備高清攝像頭拍攝的視頻源信息，其主要用於地面控制站人員進行圖像採集與特徵識別，要求進行低可靠性和低實時性傳輸。
[0036]將混合業務信息分為三級，最大程度降低數字後端實現的複雜度，同時「三級思想」基本覆蓋現有不同業務信息的傳輸量，貼近工程實用，以「分級最小化」實現信息傳輸的多樣化。
[0037](3)自適應混合業務融合模塊(見圖4)
[0038]自適應混合業務融合模塊通過將跟蹤定位和無線電測距等業務信息進行融合，構造混合業務信息共享信道傳輸的通信幀結構。通過將其跟蹤定位信息融合到通信幀結構設計中，與原有通信幀結構的幀頭設計融為一體，既實現跟蹤定位又可用於通信的信道估計、定時載波恢復以及幀同步，並且本發明中跟蹤定位業務信息採用復正交互補序列集來進行構造，其可根據跟蹤定位的精度需求進行自適應調整，復正交互補序列構造簡單易實現，且不易被破解；同時無線電測距業務信息融合到通信幀結構的附加數據段中，充分利用頻譜帶寬，以實現頻譜的高效利用率，同時無線電測距業務信息可根據抗幹擾以及測距精度需求進行自適應調整，採取不同的擴頻和級聯碼編碼方式，以實現測距精度的高可靠性。
[0039](4)混合業務信息差異化配置模塊(見圖5)
[0040]混合業務信息差異化配置模塊主要依據(2)中對業務信息的分級來進行差異化配置。配置策略涉及擴頻方式和信道編碼方式。第I級採用多進位擴頻和級聯碼(RS交織加卷積)策略；第111級主要採用Turbo/TPC/LDPC等塊編碼方式；第II級介於前二者之間，可採用軟擴頻和級聯碼/Turbo/TPC/LDPC等編碼方式的組合。依據業務信息的分級對其進行差異化配置，充分發揮多進位擴頻、軟擴頻、級聯碼/Turbo/TPC/LDPC等編碼方式在不同波特率下的優勢，可有針對性地提高不同業務信息的服務質量，滿足用戶需求。
[0041](5)混合業務信息調製模塊
[0042]混合業務信息調製模塊主要完成混合業務通信幀結構的調製功能，通過數模轉換器進行發射，最終完成混合業務信息的共享信道傳輸。
【權利要求】
1.一種實現航空無線通信系統混合業務信息共享傳輸的系統，包含依次連接的基於時間統計的混合業務信息表徵模塊、混合業務信息分級模塊、自適應混合業務信息融合模塊、混合業務信息差異化配置模塊和混合業務信息調製模塊，其特徵在於: 所述基於時間統計的混合業務信息表徵模塊用於對業務信息進行單位時間內信息量的循環統計，輸出不同業務信息單位時間內的波特率； 所述混合業務信息分級模塊用於依據業務信息單位時間內的波特率和業務信息的先驗知識對業務信息進行分級表徵； 所述自適應混合業務信息融合模塊用分級表徵的業務信息構造混合業務信息共享傳輸的通信幀結構； 所述混合業務信息差異化配置模塊對通信幀結構中的業務信息根據不同的分級表徵採用不同的擴頻方式和信道編碼； 所述混合業務信息調製模塊用於完成通信幀結構的調製功能，通過數模轉換器進行發射，最終完成混合業務信息的共享信道傳輸。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於所述混合業務信息分級模塊將業務信息分為三級，第I級業務信息為:低波特率，高可靠性和高實時性的業務信息；第II級業務信息為:中波特率，中可靠性和中實時性的業務信息；第111級業務信息為:高波特率，低可靠性和低實時性的業務信息，所述低波特率為波特率小於1Mbps，所述中波特率為波特率大於等於IMbps小於等於8Mbps，所述高波特率為波特率大於8Mbps小於等於32Mbps。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於所述第I級業務信息主要為遙控類信息，包含地面控制站發送的飛行器航路規劃、飛行器作戰任務規劃、飛行器機載設備參數設置以及機載飛行器設備響應狀態回報的指令；所述第II級業務信息主要為遙測信息，包含飛行器機載設備的狀態參數回報和機載紅外視頻源信息；所述第III級業務信息主要為機載高清視頻源信息，包含飛行器機載設備高清攝像頭拍攝的視頻源信息。
4.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於所述混合業務信息差異化配置模塊對第I級業務?目息米用多進位擴頻和級聯碼方式；第111級業務彳目息米用Turbo/TPC/LDPC塊編碼方式；第II級業務信息採用軟擴頻和級聯碼/Turbo/TPC/LDPC編碼方式組合。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於自適應混合業務信息融合模塊用跟蹤定位業務信息組成幀頭。
6.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於所述自適應混合業務信息融合模塊對跟蹤定位信息採用復正交互補序列集來構造幀頭，根據跟蹤定位的精度需求進行自適應調整。
7.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於所述自適應混合業務信息融合模塊用無線電測距業務信息組成的附加數據段。
8.根據權利要求7所述的系統，其特徵在於所述自適應混合業務信息融合模塊對無線電測距業務信息根據抗幹擾以及測距精度需求進行自適應調整，採取不同的擴頻和級聯碼編碼方式。
【文檔編號】H04L5/00GK104506652SQ201510007645
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月8日 優先權日:2015年1月8日
【發明者】李金喜, 丁勇飛, 鄒星, 夏高峰, 羅宇, 周茹 申請人:中國航空無線電電子研究所