具有与协议无关的交换机的互连结构的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]在接下来的几年里，由于两个主要正在进行的空中交通管理(ATM)现代化计划，航空通信基础设施将逐渐发展。这些包括欧洲的单一欧洲天空ATM研究(SESAR)计划以及美国的下一代空中运输系统(NextGen)。尽管它们的不同，但这两个计划都假定未来的ATM将偏离语音通信，并将在很大程度上依赖于空/空和空/地数据交换。
[0002]已经在SESAR和NextGen之前，联合欧洲航管组织和美国联邦航空管理局(FAA)计划“行动计划17”(AP17)识别了对多达三个主要支持空中交通管制(ATC)和航空公司运营中心(A0C)服务的新的通信技术的可能的需要。这些新的通信技术包括:例如航空移动飞行器通信系统(AeroMACS)的机场本地通信系统、如L波段数字航空通信系统(L-DACS)的新的陆地视距通信系统，以及新的卫星通信(SatCom)系统。只有AeroMACS目前正由欧洲和美国两者实行。在欧洲，在SESAR计划和欧洲航天局(ESA)计划Iris中正在开发L-DACS和新的SatCom系统。相反，FAA和NextGen当前依赖现有的极高频(VHF)数据链路技术的升级。这意味着如果欧洲的计划成功并且美国保持当前的基于传统系统的方法，那么未来从SESAR飞往NextGen空域的飞行器将需要配备与两组不同要求兼容的一组通信航空电子设备。
[0003]另外，即使SESAR解决方案在世界的其它部分被采用并与NextGen —致，将总是有ATM基础设施所需的现代化将不可承受的并且只有传统的语音通信系统将使用多年的许多区域。因此，在可以向配备传统航空电子设备的现有飞行器提供许多免除时，将非常可能存在很长的过渡时期。
[0004]用于这种未来环境的一种有前途的技术是基于分布式软件定义的无线电(SDR)原理的灵活航空电子无线电架构。虽然现有技术无线电设备中的许多使用SDR技术，但仍然存在对与SDR系统中所使用的互连结构有关的具体的解决方案的需要，以提供飞行器通信系统所需的灵活性和冗余度。
【发明内容】
[0005]无线电系统包括多个软件定义的无线电单元，以及每个与所述无线电单元中的至少一个操作地通信的多个数字数据交换机，其中数字数据交换机操作地彼此连接。多个天线单元每个通过所述数字数据交换机中的至少一个与所述无线电单元中的至少一个操作地通信。多个无线电资源管理器每个操作地耦合到所述数字数据交换机中的一个或多个，其中所述无线电资源管理器中的每个被配置为控制所述数字数据交换机中的一个或多个以在无线电单元与天线单元之间路由数字数据。
【附图说明】
[0006]根据下面参考附图的描述，本发明的特征对本领域的技术人员来说将变得显而易见。理解附图仅描绘了典型实施例，并且因此不应该被认为是对范围的限制，通过附图的使用，将用附加特征和细节来描述本发明，在附图中: 图1是根据一个实施例的灵活的航空电子无线电系统的互连结构架构的框图；
图2是根据另一个实施例的灵活的航空电子无线电系统的互连结构架构的框图；以及图3是根据又一个实施例的灵活的航空电子无线电系统的互连结构架构的框图。
【具体实施方式】
[0007]在下面的【具体实施方式】中，足够详细地描述实施例，以使得本领域的技术人员能够实施本发明。应当理解的是:可以在不脱离本发明的范围的情况下使用其它实施例。因此，下面的【具体实施方式】不应以限制意义进行。
[0008]为灵活的航空电子无线电系统提供了针对数字数据使用与协议无关的交换的互连结构架构。该无线电系统基于分布式软件定义的无线电(SDR)架构，其包括多个通用数字信号处理平台(在下文中被称为“无线电单元”)，它们分别连接到波形特定的或波形独立的无线电前端(在下文中被称为“天线单元”)。
[0009]无线电系统中使用的数字数据交换机是“与协议无关的”，因为交换独立于在无线电系统中传输的实际数据和协议是可控制的。数字数据交换机具有到其它单元(诸如其它交换机、无线电单元或天线单元)的至少两个连接。此外，数字数据交换机中的一个或多个可以作为单独部件存在，或者可以与其它无线电系统部件集成。
[0010]每个无线电单元与相应的天线单元之间的互连包括高速数字数据总线，其允许信号样本和控制信息在无线电单元与天线单元之间的可靠和确定的传输。此外，无线电单元与天线单元之间的互连通过多个数字数据交换机可重新配置，从而使得取决于各个单元的实际配置，不同的无线电单元可以连接到不同的天线单元。可重新配置的互连提供了增加的系统级可靠性，因为可以容易地对信号进行重新路由以便绕过无线电系统中的故障元件。
[0011]在一个实施例中，与协议无关的数字数据交换机位于每个无线电单元内部。该交换机在无线电单元之间相互互连，以便能够实现互连重新配置。替代地，交换机可以位于无线电单元之外。此外，由于无线电系统中的数字交换在对所有波形公共的物理层处进行，因此可以针对每个波形定义优化的和最大地简单的协议。这允许对传统协议从用于一个盒内或单个板上的射频(RF)与数字模块之间的通信的现有无线电的更容易的移植(porting)。
[0012]互连可以是本地的(例如，无线电单元和天线单元二者在航空电子设备舱中)，或者如果飞行器安装约束允许则为远程的(例如，天线单元置于天线附近以减少同轴电缆布线长度和重量)。例如，当远程天线单元位于天线旁边时，用数字互连(光学系统)替换同轴RF电缆使得RF损耗最小化，并且因此降低了所需的高功率放大器(ΗΡΑ)输出功率。损耗的最小化的方差(variance)也放松了对自动增益控制的要求。
[0013]互连结构架构是可靠、确定并且灵活的，并且因此非常适合于未来航空电子无线电设备开发和认证。例如，该架构适用于基于分布式SDR架构的未来的通信、导航和监视(CNS )航空电子无线电设备。本互连方法也满足航空电子系统中对数据吞吐量、延迟和网络确定性的严格要求。
[0014]下文中参考附图对本发明的示例性实施例进行描述。
[0015]图1根据一个实施例示出了灵活的航空电子无线电系统100的互连结构架构。该无线电系统100通常包括多个软件定义的无线电单元(标记为RU1-RU3)，其通过无线电单元之中的每个中的与协议无关的数字数据交换机与多个天线单元(标记为AU1-AU6)互连，与协议无关的数字数据交换机是可控制的以在无线电单元与天线单元之间对数据进行路由。
[0016]无线电系统100可配置为:根据不同的通信协议对无线信号进行处理，所述通信协议诸如下列各项中的一个或多个:VHF、特高频数据链路(VDL)、高频(HF)、高频数据链路(HFDL)或Satcom协议，以及诸如AeroMACS和L-DACS的未来的协议。
[0017]在图1中所示的示例性实施例中，无线电系统100包括:通过位于无线电单元102中的数字数据交换机122操作地耦合到第一天线单元112-1和第二天线单元112-2(AU1和AU2)的第一无线电单元102 (RU1)。第二无线电单元104 (RU2)通过位于无线电单元104中的数字数据交换机124操作地耦合到第三天线单元114-1和第四天线单元114-2 (AU3和AU4)。第三无线电单元106 (RU3)通过位于无线电单元106中的数字数据交换机126操作地耦合到第五天线单元116-1和第六天线单元116-2 (AU5和AU6)。
[0018]如图1中所示，每个天线单元具有到单个交换机的单个连接。例如，天线单元112-1和112-2每个具有到交换机122的单个连接(例如通过单独的连接电缆)。这提供了无线电系统100的重量和复杂度的降低，同时增加了可靠性。通过具有到给定天线单元的单个连接，简化了天线单元设计，因为不存在对复杂的交换协议或专用控制总线的需要。天线单元通常包括一般与数据信号发送和接收相关联的元件(诸如放大器、滤波器、环行器、调制器等)以用于经由一个或多个天线来广播或接收数据信号。
[0019]虽然在图1