民航通信设备及系统的制作方法

1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种民航通信设备及系统。


背景技术：

2.对于机场中助航灯等设备的控制，长期以来，业界一直通过复用供电回路，使用窄带plc(电力线载波通信)方式进行通信。但窄带plc的通信时延为2秒以上；且该通信方式中，控制信号和电力传输在同一根电缆上进行，控制信号很容易受到电磁干扰的影响；以及，载波信号需要穿过隔离变压器，而变压器为感性器件，对控制信号衰减严重，且隔离变压器本身易老化，这都易导致信号传输效果变差。综上，plc电力载波技术无法满足民航机场日趋严苛的通信需求，例如a-smgcs的iv级运行要求。
3.为了弥补plc电力载波技术的缺陷，现有技术提出了基于光纤构建的通信系统，采用光纤等有线回传方式，来降低通信延时，提高通信稳定性。但是，大部分机场都没有预留管孔来敷设光纤，该方案需要重新部署光纤通信线路，改造难度较大，成本较高。
4.综上所述，现有技术中难以实现低成本低延时的民航通信。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种民航通信设备及系统，以构建基于wimax传输的5g通信，实现低成本低延时的民航通信。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种民航通信设备，包括：wimax基站、wimax模组、5g基站和5g模组；
7.所述wimax基站与机场的控制中心连接，且所述wimax基站与所述wimax模组无线连接；
8.所述5g基站与所述wimax模组通信连接；
9.所述5g基站和所述5g模组无线连接；所述5g模组与被控设备连接。
10.可选地，所述被控设备为助航灯。
11.可选地，所述wimax模组包括：wimax控制器、第一phy芯片、第一射频收发模块和第一天线；
12.所述wimax控制器分别与所述第一phy芯片和所述第一射频收发模块连接，所述第一射频收发模块与所述第一天线连接；所述wimax模组通过所述第一phy芯片与所述5g基站连接，所述wimax模组通过所述第一天线与所述wimax基站无线连接。
13.可选地，所述wimax模组还包括：存储模块；所述存储模块与所述wimax控制器连接。
14.可选地，所述第一射频收发模块包括：射频功率放大器、射频开关和低噪声放大器；
15.所述射频功率放大器分别与所述wimax控制器和所述射频开关连接，所述低噪声放大器分别与所述wimax控制器和所述射频开关连接，所述射频开关与所述第一天线连接。
16.可选地，所述5g基站包括：网络处理模块、第二phy芯片、基带处理模块、第二射频收发模块和第二天线；
17.所述网络处理模块分别与所述第二phy芯片和所述基带处理模块连接，所述基带处理模块与所述第二射频收发模块连接，所述第二射频收发模块与所述第二天线连接；所述5g基站通过所述第二phy芯片与所述wimax模组连接，所述5g基站通过所述第二天线与所述5g模组无线连接。
18.可选地，所述网络处理模块包括：网络处理器和时钟单元；
19.所述网络处理器分别与所述第二phy芯片和所述时钟单元连接。
20.可选地，所述基带处理模块包括：基带处理器、射频前端处理器和fpga控制器；
21.所述基带处理器分别与所述网络处理器、所述射频前端处理器和fpga控制器连接；所述fpga控制器与所述网络处理器连接；所述射频前端处理器与所述第二射频收发模块连接。
22.可选地，所述基带处理模块还包括：电源单元；所述电源单元分别与所述时钟单元、所述基带处理器和所述射频前端处理器连接。
23.第二方面，本发明实施例还提供了一种民航通信系统，包括：控制中心、被控设备和如本发明任意实施例所提供的民航通信设备。
24.本发明实施例所提供的民航通信设备，依托于目前民航机场的wimax无线通信条件，建设基于wimax传输的5g通信设备，基于5g通信广连接和低时延的特点，可实现针对机场的宽带无线通信需求，具备快速响应的优势。以及，wimax基站与wimax模组无线连接；5g基站和5g模组无线连接；wimax模组可根据5g基站的位置就近设置，并通过以太网接口实现与5g基站的连接。那么，该无线通信设备的构建无需在机场部署新的通信线缆，可实现低成本5g无线通信方案。并且，由于无需部署新的通信线缆，该民航通信设备既适用于新建机场，也适用于对机场改扩建的需求，可以降低通信设备构建的难度，增加该通信设备的通用性。因此，相比于现有技术，本发明实施例可以实现低成本低延时的民航通信。
25.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明实施例提供的一种民航通信设备的结构示意图；
28.图2是本发明实施例提供的另一种民航通信设备的结构示意图；
29.图3是本发明实施例提供的一种wimax模组的结构示意图；
30.图4是本发明实施例提供的一种5g基站的结构示意图；
31.图5是本发明实施例提供的一种民航通信系统的结构示意图。
具体实施方式
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
33.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
34.本发明实施例提供了一种民航通信设备。图1是本发明实施例提供的一种民航通信设备的结构示意图。参见图1，该民航通信设备包括：wimax基站10、wimax模组20、5g基站30和5g模组40。wimax基站10与机场的控制中心连接，用于与控制中心进行信息交互。wimax基站10与wimax模组20无线连接，例如通过射频天线实现无线连接。5g基站30与wimax模组20通信连接，例如通过以太网接口互联。5g基站30和5g模组40无线连接，例如通过射频天线实现无线连接。5g模组40与被控设备连接，用于向机场中的被控设备传输信号，与被控设备进行信息交互。
35.其中，5091～5150mhz是国际电信组织分配给民航机场场面通信的专用频段，民航机场的通信目前使用的是基于wimax推出的aeromacs标准，wimax基站10为民航机场原有的配备好的无线通信装置。因此，本发明实施例是依托民航原有的wimax无线通信条件和原有供电线路，建设基于wimax传输的5g通信；只需要合理配置wimax模组20和5g基站30，即可实现对机场中各种被控设备的5g lte信号的覆盖，通过无线通信方式传输控制信号。其中，wimax基站10与wimax模组20无线连接；5g基站30和5g模组40无线连接；wimax模组20可设置为小型移动设备，在wimax基站10天线信号的覆盖范围内，wimax模组20可以对应5g基站30就近设置，以便于wimax模组20与5g基站30的连接。因此，该无线通信设备的构建无需在机场部署新的通信线缆，可实现低成本5g无线通信方案。
36.对于控制信号的传输过程，机场控制中心所给出的控制信号通过wimax基站10、wimax模组20、5g基站30和所述5g模组40传输至被控设备。示例性地，5g模组40中可包括5g信号接收模块和天线，5g信号传输模块用于与5g基站30进行信息交互，天线有助于增强5g信号传输模块的信号传输效果。5g模组40可以与被控设备中的控制器电连接，以将控制中心传输的控制信号传输至被控设备，使控制器根据控制信号控制被控设备的工作状态；同时，控制器还可以将被控设备的当前状态传输给5g模组40，5g模组40可以将被控设备的当前状态传输给控制中心，以便控制中心及时准确的掌握被控设备的工作状态，并根据控制需求和被控设备的工作状态下发控制信号。示例性地，5g模组40也可以集成于被控设备的控制器中。
37.示例性地，被控设备可以是机场中的助航灯，5g模组40可以与助航灯一一对应连接，以对每个灯具进行可靠通信，实现精确的单灯控制。该民航通信设备中，5g的广连接、低时延特性非常契合助航灯的通信需求；网络切片、切频可充分保证助航灯通信业务的优先
级和可靠性；可以满足icao所限定的500毫秒以内的延时要求。
38.本发明实施例所提供的民航通信设备，依托于目前民航机场的wimax无线通信条件，建设基于wimax传输的5g通信设备，基于5g通信广连接和低时延的特点，可实现针对机场的宽带无线通信需求，具备快速响应的优势。以及，wimax基站10与wimax模组20无线连接；5g基站30和5g模组40无线连接；wimax模组20可根据5g基站30的位置就近设置，并通过以太网接口实现与5g基站30的连接。那么，该无线通信设备的构建无需在机场部署新的通信线缆，可实现低成本5g无线通信方案。并且，由于无需部署新的通信线缆，该民航通信设备既适用于新建机场，也适用于对机场改扩建的需求，可以降低通信设备构建的难度，增加该通信设备的通用性。因此，相比于现有技术，本发明实施例可以实现低成本低延时的民航通信。
39.图2是本发明实施例提供的另一种民航通信设备的结构示意图。参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，wimax模组20包括：wimax控制器210、第一phy芯片220、第一射频收发模块230和第一天线240。wimax控制器210分别与第一phy芯片220和第一射频收发模块230连接，第一射频收发模块230与第一天线240连接；wimax模组20通过第一phy芯片220与5g基站30连接，wimax模组20通过第一天线240与wimax基站10无线连接。
40.其中，wimax控制器210作为wimax模组20中的核心器件，用于与其它功能模块进行信息交互，并进行数据处理。第一phy芯片220用于引出网络接口，以便于wimax模组20与5g基站30的连接。第一射频收发模块230可由接收放大器和发射放大器等器件构成。示例性地，wimax模组20中可以设置多组第一射频收发模块230和第一天线240，并将第一射频收发模块230与第一天线240一一对应连接，以满足wimax模组20的信号传输需求，具体数量可根据实际需求设置。
41.继续参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，5g基站30包括：网络处理模块310、第二phy芯片320、基带处理模块330、第二射频收发模块340和第二天线350。网络处理模块310分别与第二phy芯片320和基带处理模块330连接，基带处理模块330与第二射频收发模块340连接，第二射频收发模块340与第二天线350连接；5g基站30通过第二phy芯片320与wimax模组20连接，具体是与wimax模组20中的第一phy芯片220连接，5g基站30通过第二天线350与5g模组40无线连接。
42.其中，网络处理模块310通过第二phy芯片320实现与wimax模组20的以太网通信。基带处理模块330与网络处理模块310可通过pcie互联，以实现对5g基带的控制。第二射频收发模块340与基带处理模块330之间可采用qlink互联，用于实现对射频收发过程的控制。
43.上述各实施方式示例性地给出了wimax模组20和5g基站30的模块构成。下面，结合图3和图4，对wimax模组20和5g基站30可能具有的具体结构进行说明，但不作为对本发明的限定。
44.图3是本发明实施例提供的一种wimax模组的结构示意图。参见图3，在一种实施方案中，可选地，wimax模组20包括：wimax控制器210、第一phy芯片220、第一射频收发模块230、第一天线240和存储模块。wimax控制器210分别与第一phy芯片220、第一射频收发模块230和存储模块连接；第一射频收发模块230与第一天线240连接。
45.具体地，wimax控制器210可由型号为sqn1220的wimax控制器构成，第一phy芯片220可由型号为ksz9031rn的phy芯片构成。第一phy芯片220与wimax控制器210自身配置的
rgmii接口互联，以提供千兆以太网接口。存储模块可包括flash单元251和ddr单元252；具体可以配置2g bit的flash单元251，用于存储wimax控制器210程序和数据，以及可配置2g bit的ddr3作为ddr单元252。
46.第一射频收发模块230可包括：射频功率放大器pa、射频开关switch和低噪声放大器lna。射频功率放大器pa分别与wimax控制器210和射频开关switch连接，低噪声放大器lna分别与wimax控制器210和射频开关switch连接，射频开关switch与第一天线240连接。其中，wimax控制器210的射频发射端口(tx)发出的信号通过射频功率放大器pa实现功率放大，经由射频开关switch到达第一天线240；wimax控制器210的射频接收端口(rx)，接收由第一天线240、射频开关switch和低噪声放大器lna传输来的信号。
47.综上所述，本发明实施例提供了wimax模组20的具体结构，该wimax模组20可集成在类似手机的移动设备中，以便于移动。
48.图4是本发明实施例提供的一种5g基站的结构示意图。参见图4，在上述各实施方式的基础上，本实施例给出了网络处理模块310、基带处理模块330、第二射频收发模块340以及5g基站30中可能设置的其他器件的具体结构和连接方式。
49.具体地，参见图4，在一种实施方式中，可选地，网络处理模块310包括：网络处理器311和时钟单元312。网络处理器311分别与第二phy芯片320和时钟单元312连接。
50.其中，网络处理器311可采用nxp 4核arm处理器ls1043，第二phy芯片320可采用ar8033芯片。ar8033 phy芯片与wimax模组20中的ksz9031rn phy芯片互联，两者之间可实现千兆以太网互联。如此实现5g基站30经由千兆以太网、wimax模组20无线通信连接到wimax基站10，进而连接到机场的控制中心(核心网)中。
51.具体地，网络处理器311至少可配置有以下接口功能：jtag接口、uart接口、多通道serdes、emi接口、qspi接口、sdhc接口、pcie接口、gpio接口、spi接口和ddr接口。其中，接口uart1可连接芯片cp2105，芯片cp2105可作为串行输入/输出外围设备。接口serdes1 lane3和接口emi1连接第二phy芯片320，以提供以太网接口。接口qspi可连接nor flash 315，具体可以是64mb nor flash。接口sdhc可连接emmc flash 316，具体可以是8gb emmc flash。接口ddr与ddr4 317连接，具体可连接预设数量的ddr4 sdram，例如4个ddr4 2100mt/s 512mb*16。其中，nor flash 315、emmc flash 316和ddr4 317均可用于存储程序和信号，实际应用时各存储芯片的设置方式和功能分配可根据固定配置和具体应用场景进行适应性调整。接口pcie/serdes2 lane2+lane3和接口gpio/spi均用于与基带处理器330连接。另外，网络处理器311还可以连接led 313，led 313可作为指示灯使用。
52.时钟单元312可包括：依次连接的时钟源(ocxo)41、时钟发生器(clock generator)42和时钟缓冲器(clock buffer)43。时钟发生器42和时钟缓冲器43均与网络处理器311连接。示例性地，时钟源41可以是38.4mhz ocxo，用于提供基础时钟。时钟发生器42和时钟缓冲器43可以分别向网络处理器311提供不同频率的时钟信号。
53.继续参见图4，在一种实施方式中，可选地，基带处理模块330包括：基带处理器331、射频前端处理器332和fpga控制器333。基带处理器331分别与网络处理器311、射频前端处理器332和fpga控制器333连接；其中，基带处理器331与网络处理器311的接口pcie/serdes2 lane2+lane3连接。fpga控制器333与网络处理器311连接，具体是与网络处理器311的接口gpio/spi连接。射频前端处理器332与第二射频收发模块340连接。
54.示例性地，基带处理器331可采用qualcomm 5g基带处理器fsm100xx，例如fsm10051或fsm10056。高通fsm100xx平台作为基带控制器，是符合sub-6g标准(3gpp rel 15 5g nr)的物理层基带处理器，其特性包括：支持sub-6g tdd模式，采用10ns工艺；集成arm cortex-a7处理器，主频800mhz；集成hexagon
tm dsp处理器，主频866mhz；集成2gbit lpddr4x内存，速率1.33g。其中，fsm100xx支持2lanes的pcie gen3接口，需要通过pcie接口连接外部npu(网络处理器311)来引导(boot)、配置和控制，以及实现与网络处理器311之间的数据通信。
55.基带处理器331与射频前端处理器332之间可采用qlink互联，实现对射频收发的控制。具体地，射频前端处理器332可采用sdr9000芯片。sdr9000芯片的特性包括：支持多band射频收发，支持3gpp rel15 5g nr sub-6ghz；支持上行256qam和下行256qam；支持2x2 mimo。
56.进一步地，基带处理模块330还可包括：电源单元，包括第一电源芯片334、第二电源芯片335和第三电源芯片336。其中，第一电源芯片334和第二电源芯片335可作为基带处理模块330的电源管理模块。第一电源芯片334和第二电源芯片335可与基带处理器331和射频前端处理器332连接。第一电源芯片334可采用电源管理芯片pmx50；pmx50是一个高度集成的电源管理集成电路，集成有5路可编程的开关电源(dc-dc)，18路线性电源(ldo，包括vreg_rf和vreg_xo)以及各种内部维护功能结合到一个单一的紧凑型芯片中。第二电源芯片335可采用电源管理芯片pm8005。第三电源芯片336可以与时钟单元312、基带处理器331和射频前端处理器332连接，用于向基带处理器331和射频前端处理器332提供时钟信号。第三电源芯片336可采用pmk8002芯片。
57.射频前端处理器332可通过其接口rx1和接口tx1连接一个第二射频收发模块340，通过其接口rx2和接口tx2连接另一个第二射频收发模块340，并通过其接口fbrx接收来自第二射频收发模块340的反馈信号。
58.继续参见图4，在一种实施方式中，可选地，5g基站可以包括多组第二射频收发模块340和第二天线350，此处示例性地给出了两组，但不作为对第二射频收发模块340和第二天线350数量的限定。示例性地，第二射频收发模块340可采用skyworks sky66318系列高效率功放芯片作为核心芯片，以实现24dbm天线端口输出功率，保证收发距离。
59.需要说明的是，上述列出的各功能器件及其型号仅作为示例性的说明，实际应用时，也可替换为功能相同的其他器件，此处不做限定。
60.本发明实施例还提供了一种民航通信系统，包括本发明任意实施例所提供的民航通信设备，具有相应的有益效果。图5是本发明实施例提供的一种民航通信系统的结构示意图。参见图5，该民航通信系统包括：控制中心200、民航通信设备100和被控设备300。
61.其中，控制中心200与民航通信设备100中的wimax基站10进行信息交互，被控设备200与民航通信设备100中的5g模组40进行信息交互。示例性地，被控设备300可以是机场中的助航灯等信号指示灯。5g模组40的数量可根据被控设备300的数量设置，以被控设备300一一对应连接。5g模组40可以独立于被控设备200设置，也可以集成于被控设备200中(即被控设备200本身为5g设备)。
62.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明
的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。