專利名稱：空中交通監(jiān)視與通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景與簡略說明國際空中系統(tǒng)(NAS)中提供的空中交通管制(ATC)服務(wù)的關(guān)鍵是三項主要的功能導航、監(jiān)視以及通信。導航功能讓飛機沿著預(yù)定的路線飛行。監(jiān)視功能收集關(guān)于飛機位置所在的數(shù)據(jù)?？罩?地面通信功能使得傳送ATC指令給飛行員以及飛行員傳回數(shù)據(jù)和請求變得較為簡便。NAS另外有一個廣大的存在的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來支持這三項主要的ATC功能。
為了支持導航，國家都涵蓋在959VHF全方向范圍(959VHFOmnidirectional Ranges，VOR)網(wǎng)絡(luò)中。VOR在空中提供原則支持飛機途中以及終點站的導航信號。VOR隨附在距離量測儀器(DME)、LORAN C以及日益擴展的全球定位系統(tǒng)(GPS)中。為了支持儀器著陸導航，所有國家的機場配備了797儀器降落系統(tǒng)設(shè)備。
監(jiān)視功能是由操作主要與次要的雷達系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來達成。網(wǎng)絡(luò)是由298個主要雷達與相關(guān)的次要雷達感應(yīng)器以及大約30個次要的唯雷達(radar-only)監(jiān)視站組合而成。
空中-地面通信功能則是由飛行途中、終點站和指揮塔與飛行服務(wù)站的VHF與UHF無線電網(wǎng)絡(luò)來直接與飛行員聯(lián)絡(luò)。
以上所提到的由導航、監(jiān)視以及通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)支持的ATC系統(tǒng)是建立與保持在ATC系統(tǒng)內(nèi)的飛機之間以及飛機與地面之間安全分離的主要系統(tǒng)。作為此系統(tǒng)的備份，F(xiàn)AA已經(jīng)發(fā)展出來而且飛機也已經(jīng)配備了交通警覺與防撞系統(tǒng)(Traffic Alert and Collision Avoidance System，TCAS)此系統(tǒng)利用從機載詢問機對次要雷達反應(yīng)所接收到的數(shù)據(jù)并且是對付不安全空中交通狀況的最后一道防線。
有效的、現(xiàn)存的NAS ATC基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有許多的問題。這些問題包括了·需要昂貴的操作與維護費用來維持廣大的導航、監(jiān)視以及空中-地面無線電設(shè)備?！]有足夠的VHF頻寬可供使用。目前，頻寬都使用在空中-地面無線電、VOR以及儀器降落系統(tǒng)設(shè)備中的局部化元件方面。頻道的不足將成為ATC服務(wù)推廣的限制因素之一?！ば枰嘿F的費用來替換老化的導航、監(jiān)視以及空中-地面無線電元件?！つ壳暗哪M無線技術(shù)有很大的信道噪音。·模擬通信技術(shù)中通信網(wǎng)絡(luò)的有效管理與控制的能力有限。·對先進的ATC演算法來說，受限的監(jiān)視精確度導致數(shù)據(jù)不足?！CAS中有限的方向差，造成錯誤警報時常發(fā)生并且無法支持分辨算法。·缺少空中-地面數(shù)據(jù)通信能力，導致空中-地面經(jīng)常擁塞、控制器的工作量偏高以及空中-地面通信發(fā)生錯誤。
本發(fā)明的目的是提供一套集成ATC通信、導航以及監(jiān)視的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以消除上述的問題。
本發(fā)明是一集成通信、導航監(jiān)視的系統(tǒng)能克服上述目前NAS中的問題。本發(fā)明中的主要特點是一工作在現(xiàn)有VHF頻段全新的空中-地面無線電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)每一個空中交通控制位置都有一對的頻率。其中的一個頻率將會符合目前的ATC操作概念，支持空中交通區(qū)段的共線通話。第二個頻率會符合目前的FAA雙向數(shù)據(jù)連結(jié)操作概念，支持一數(shù)據(jù)頻道，該數(shù)據(jù)頻道用來向下連結(jié)單獨的監(jiān)視數(shù)據(jù)以及向上連結(jié)與下連結(jié)的數(shù)據(jù)通信。頻率是成對的，以便，每當?shù)孛嬉蟾淖冾l率時，語音與數(shù)據(jù)頻道會被調(diào)整到另一對新的空中-地面頻道。在本發(fā)明的較佳實例中，支持的無線電全部是數(shù)字式的，工作在10.0KHZ頻率間隙。不接收ATC服務(wù)的VFR飛機，將會支持一共同的存取頻道以及獨立的數(shù)據(jù)頻道，以便能夠從飛機上收集監(jiān)視的數(shù)據(jù)而不必改變目前ATC系統(tǒng)中的操作概念。
此處使用的SACOM一詞，指的是本發(fā)明中的申請監(jiān)視與通信系統(tǒng)(applicants′surveillance and communication system)，使用在空中交通控制系統(tǒng)。
SACOM系統(tǒng)運用獨立的監(jiān)視來提供符合監(jiān)視需求的數(shù)據(jù)。SACOM導航數(shù)據(jù)的來源將是全球定位系統(tǒng)(GPS)，如被FAA推廣到令GPS作為一單獨的導航工具。在較佳實例中SACOM系統(tǒng)運用帶多數(shù)表決的三冗余GPS接收器以極大的可能性來確保，SACOM數(shù)據(jù)頻道上報告的飛機位置可以適于空中交通控制的目的。SACOM數(shù)據(jù)連接結(jié)構(gòu)為3D位置報告提供每個在途空中交通控制位置的多達60個飛機8.4秒的監(jiān)視更新率，以及每個終點空中交通位置的多達30個飛機的4.2秒監(jiān)視更新率。位置報告能夠通過地面網(wǎng)絡(luò)要求地面系統(tǒng)提供這些數(shù)據(jù)的分布。通過可以對某一指定的地區(qū)監(jiān)控其多重數(shù)據(jù)連結(jié)頻率的RF前端，位置報告對SACAS(air-to-air collision avoidance·system)是有可獲得的。
SACOM系統(tǒng)符合數(shù)據(jù)連結(jié)系統(tǒng)(DLS)的概念以及航空電信網(wǎng)絡(luò)(ATN)協(xié)議結(jié)構(gòu)。機載的元件都被設(shè)計可以適用于現(xiàn)代的飛機數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。除了空中-地面無線電之外，主要的支持地面元件就是SACOM通信控制器(SCC)。此元件初始化向上連結(jié)數(shù)據(jù)并且從普通的通信數(shù)據(jù)中提供分散的向下連結(jié)監(jiān)視數(shù)據(jù)。監(jiān)視數(shù)據(jù)依據(jù)靜態(tài)路徑表分散在請求ATC處理器內(nèi)。DLS通信數(shù)據(jù)經(jīng)過ATN路徑功能，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層和ATN互相交錯。
本發(fā)明中的系統(tǒng)解決現(xiàn)存通信、導航、監(jiān)視結(jié)構(gòu)的問題如下·SACOM可以省卻替換老化的ATCBI監(jiān)視系統(tǒng)所需的花費。
·SACOM經(jīng)由免除維護次要監(jiān)視傳感器延伸網(wǎng)絡(luò)，可以降低基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)O＆M的花費。
·SACOM提供高品質(zhì)數(shù)字語音，大大地降低飛行員與控制器在頻道上的雜音。
·SACOM利用數(shù)字技術(shù)使得通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與控制較為便利。
·SACOM提供空中-地面通信的子網(wǎng)絡(luò)，能夠支持雙向數(shù)據(jù)連結(jié)(TWDL)、飛行數(shù)據(jù)連結(jié)(FIS-DL)。和通數(shù)據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)連結(jié)(TIS-DL)以及ATN結(jié)構(gòu)概念。
本發(fā)明的較佳實例中，其主要的技術(shù)優(yōu)點，摘要如下·10.0HZ數(shù)字語音頻道-VHF?！?0.0HZ數(shù)字3D位置報告與數(shù)據(jù)連結(jié)頻道?！た偣灿?900個VHF語音與數(shù)據(jù)頻道附加到現(xiàn)今的760個語音頻道上?！?M/2σ三維精確度的有-各處的監(jiān)視。-SACAS目標報告。-終點平面。·較快的位置報告更新率。-途中8.4秒。-終點4.2秒?！?shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)平均提供6.6Kbps?！?shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)和ATN與雙向數(shù)據(jù)連結(jié)(TWDL)兼容?！た刂茀^(qū)段要求較大的通道(throughput)，可以增加額外的數(shù)據(jù)通道?！お毺氐臄?shù)字數(shù)據(jù)與位置報告協(xié)議-對各處的位置報告或數(shù)據(jù)不會斷章取義。


以上所述以及其它本發(fā)明的目的、優(yōu)點與特點在接下來伴隨附圖的詳細說明中會變的更為明顯圖1是飛機或地面?zhèn)魉推髅}沖串結(jié)構(gòu)(burst structure)的元件；圖2是傳統(tǒng)超幀(super-frame)的組成；圖3是一依據(jù)本發(fā)明的實例幀實例；圖4A、4B、4C和4D分別是次幀1中的地面-空中的脈沖串格式，次幀2中地面-空中的脈沖串格式，次幀3中地面-空中的脈沖串格式，次幀4中地面-空中的脈沖串格式；圖5是用戶監(jiān)視脈沖串的表；圖6是依據(jù)本發(fā)明飛機數(shù)據(jù)傳送器實例的方塊圖；圖7是本發(fā)明中一組完整的飛機設(shè)備實例的總方塊圖；圖8是地面數(shù)據(jù)傳送器實例的方塊圖9是依據(jù)本發(fā)明實例的數(shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)脈沖串的圖形說明；圖10是本發(fā)明的較佳實例中典型的子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成；圖11是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進一步的功能方塊圖；圖12是依據(jù)本發(fā)明的典型區(qū)段子網(wǎng)絡(luò)；圖13是依據(jù)本發(fā)明兩個典型的切換概要；以及圖14是服務(wù)開始對照表。
本發(fā)明的細節(jié)說明接下來的章節(jié)中提供本發(fā)明元件的詳細信息，包括有RF連結(jié)設(shè)計、機上裝備、地面RF終端設(shè)備以及本發(fā)明要求的NAS基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括較佳的數(shù)據(jù)協(xié)議結(jié)構(gòu)。
無線電連結(jié)調(diào)制、協(xié)議以及設(shè)備空中-地面(A/G)語音與數(shù)據(jù)通信子網(wǎng)絡(luò)兩者都受指定的無線電頻率上的廣播信號支持。每個區(qū)段都分配有一個(1)無線電頻率給共線通話使用以及一個(1)無線電頻率給復合數(shù)據(jù)通信使用。頻率的指定是從目前民用VHF與軍用UHF波段中(復合系統(tǒng))使用在A/G用途的RF來選擇。在如此的廣播網(wǎng)絡(luò)中，每個連接網(wǎng)絡(luò)的物理(飛機與地面終端)通過此區(qū)段指定的RF頻率來廣播信號而彼此通信。在指定頻率的此種廣播會支持某一區(qū)段空中-地面、地面-空中，甚至空中-空中的通信。當然，多個物理同時廣播將導致互相干擾并失去通信的結(jié)果。很明顯的，需要一個協(xié)調(diào)方法來避免同時廣播的情形。對語音頻道來說，協(xié)調(diào)會經(jīng)監(jiān)聽及“按鍵講話”(push to talk)的裁決機制來完成，以下將會說明。對數(shù)據(jù)頻道來說，協(xié)調(diào)會通過子網(wǎng)絡(luò)存取協(xié)議(SNAcP)，在數(shù)據(jù)連結(jié)層提供。
A/G物理層數(shù)據(jù)或語音頻率的指定包括一個中心頻率以及符合距指定頻率10.0KHZ的鄰域。對四相移鍵(quadrature phase shift keyed，QPSK)調(diào)制來說，商用數(shù)字無線系統(tǒng)共用的，10.0KHZ的頻距可滿足在跌落系數(shù)為0.35提什的余弦濾波頻道14.4Kbps的基帶亮數(shù)據(jù)速率。頻道編碼視所選擇的編碼技術(shù)，會將有效的數(shù)據(jù)傳輸率降低到14.4_Kbps以下。為了滿足能在無線電接收器簡單、快速而且安全的獲取信號，最好有差分DQPSK(differential QPSK)信號調(diào)制。
在某一區(qū)段所有的數(shù)據(jù)與語音通信都由飛機上或地面的上的發(fā)送器中的短RF廣播(被稱為發(fā)送脈沖串)，接著由飛機上或地面的上的接收器來接收此脈沖串來支持的，在操作上，在某一區(qū)段的語音通信和傳統(tǒng)語音通信的動作相同。較好的是，每一區(qū)段會有單一的頻道頻率分配作共線的語音通信上。此頻道通過按鍵講話的程序由此區(qū)段的地面與飛機來分時地使用，平時每個參與者則是在監(jiān)聽的模式。在需要時，可以按鈕獲取閑置的頻道開使說話。
和現(xiàn)今系統(tǒng)不同的是，本發(fā)明是一數(shù)字式的系統(tǒng)。模擬語音波形通過共同的語音編碼算法，會被數(shù)字地取樣、量化并且壓縮。使用設(shè)計的RS(63、39)編碼以及14.4Kbps信號速率，可以達到9.6Kbps的數(shù)字語音數(shù)據(jù)速率(傳送速率14.8)?，F(xiàn)今的壓縮算法在這個位速率下可達到近乎完美的品質(zhì)。每次的語音通信傳輸是由一個脈沖串來完成，脈沖串由一段前置信號跟著一段數(shù)字壓縮與編碼過的語音所組成。此段語音傳送脈沖串前置的同步信號和后文會提到的數(shù)據(jù)頻道脈沖串的前置信號相同。數(shù)字語音內(nèi)容的結(jié)構(gòu)則依照所選擇的語音壓縮算法來決定。
語音與數(shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)中，每一次的脈沖串通信都是分時享用的。時間點是由地面-空中連結(jié)中的子網(wǎng)絡(luò)控制器來廣播。這些時間點構(gòu)成數(shù)據(jù)幀的邊界并且提供可以脈沖串時間指定的位置結(jié)構(gòu)。此脈沖串分配結(jié)構(gòu)基于指定的時間單元(稱作時隙)，長為17.5msec(相當于14選擇的400bps傳輸速率上的252位或126個QPSK符號)。時隙組成于定義良好的脈沖串結(jié)構(gòu)內(nèi)。在較佳實例中，每一個飛機或地面?zhèn)魉推鞯拿}沖串是由后面如圖1中的元件組成。
1. 5msec長度的保護區(qū)11此保護時間(相當于72位的傳輸時間)是由跨越此區(qū)段地理區(qū)域的RF信號傳輸時間來驅(qū)動；這個保護區(qū)必須確保在接近脈沖串的終點的傳送器與在波起點的第二個終端突之間不會互相干擾。
2. 3.75msec長度(54個位或27個DQPSK符號)的同步前置信號12此同步前置信號可以讓傳輸終端有足夠的時間來使功率直線上升、讓接收終端完成位同步的動作以及用一個叫做特殊字的特殊位符號標示此脈沖串的開端。保護區(qū)11與同步前置信號12組成脈沖串的頭標10H。
3.數(shù)據(jù)內(nèi)容13是脈沖串的一部份，包含了用戶的數(shù)據(jù)(SACOM控制脈沖串內(nèi)的系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)14)。脈沖串的此部份始終包含至少8.75msec的傳輸時間(126位)占兩個比率(63、39)編碼字。額外的數(shù)據(jù)內(nèi)容時隙15(每個同樣是17.5msec的長度)可以加在脈沖串上(增加至1024的八位的編碼用戶數(shù)據(jù))。此數(shù)據(jù)內(nèi)容包括了使用Reed-Solomon(RS)塊碼的編碼，可以支持頻道錯誤的更正；所選擇的RS碼是一種(63、39)的碼，意思是數(shù)據(jù)的每39個位、加上24個冗余的位湊成總數(shù)63的位；這種編碼可以更正最多到連續(xù)12個錯誤中的一個錯誤脈沖串。一個472.5msec的典型用戶數(shù)據(jù)內(nèi)容(支持512八個位數(shù)據(jù)(4,096個位)的用戶數(shù)據(jù)塊)可能總共需要27個時隙。512個八位的(4,096個位)數(shù)據(jù)內(nèi)容會編入39個位的106個字碼內(nèi)并產(chǎn)生6,678個的傳送位。這些位，在構(gòu)成脈沖串保護區(qū)與同步前置信號時(總共126個位)需要252個位的SACOM傳輸時隙中的27個。所以，傳送這樣的數(shù)據(jù)內(nèi)容需要27個時隙(或相當于472.5msec的傳輸時間)。
所有飛機都使用上述的脈沖串結(jié)構(gòu)，在定義良好保留作監(jiān)視用的時段里，規(guī)律地傳送監(jiān)視數(shù)據(jù)給地面。對一個總共35msec包含同步前置信號與保護區(qū)的脈沖串來說，監(jiān)視數(shù)據(jù)會被編碼成嚴格的格式，標稱地占去一個控制時隙，另外一個時隙供監(jiān)視數(shù)據(jù)內(nèi)容的其它部份使用。
如果需要時，飛機會使用一個相同的脈沖串結(jié)構(gòu)來傳送與ATN相容的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDUS)給地面。依據(jù)一個實例，此數(shù)據(jù)脈沖串通過內(nèi)藏的協(xié)議會被排入調(diào)度器(scheduled)。某一個區(qū)段中從地面無線電來的脈沖串，會將所要的數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)送給飛機；地面無線電也會廣播控制數(shù)據(jù)來協(xié)調(diào)及管理此區(qū)段內(nèi)所有飛機存取數(shù)據(jù)的信道。這些數(shù)據(jù)脈沖串由一個內(nèi)含CLNP內(nèi)容中的兩個字碼一個的控制時隙，以及一個或更多外加的用戶內(nèi)容時隙所組成，每一個都支持在另外的四個字。PDU的長度是可變動，最長可達用戶數(shù)據(jù)的1024個8位并且始終被SACOM數(shù)據(jù)幀的一個整數(shù)編碼并支持。所有用戶數(shù)據(jù)的傳送都會被編碼。一個64個8位(512個位)的CLNP PDU需要四個時隙的脈沖串長度(70msec)，而一個512個8位(4,096個位)的CLN PPDU則需要27個時隙的脈沖串長度(472.5msec)。和ATN相容，CLNP PDU的最大長度1024個8位(8,192個位)則需要53個時隙的長度(927.5msec的脈沖串時間)。
A/G數(shù)據(jù)連結(jié)層SACOM利用分時多工存取(Time Division Multiple Access，TDMA)的方案(稍后將會有說明)來分配各個往上連結(jié)與向下連結(jié)數(shù)字數(shù)據(jù)通信個體間的基本A/G物理數(shù)據(jù)通信連結(jié)。如圖2所示，基本的數(shù)據(jù)連結(jié)層分界元件是SACOM超幀16。一個超幀在14,400bps基本傳輸速率下，包含8.4秒的資源傳輸。脈沖串與廣播數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)一個SACOM超幀是由六個(6)數(shù)據(jù)幀17-1、17-2、··、17-6組成，每個都有二分之一(1.4_)的長度。數(shù)據(jù)幀是由80個時隙18(每個時隙長度17.5msec并提供252個傳輸位)組成，可以由飛機或地面分配特定的傳輸脈沖串。SACOM時隙可分配的傳輸資源中的最小單位。這最小可用的SACOM脈沖串有一個時隙的長度(17.5msec)它包含一個數(shù)據(jù)內(nèi)容，由一個9個位的數(shù)據(jù)標識符號與126個傳送位(包含78個用戶數(shù)據(jù)位與48個編碼位中的2個字碼)組成。每一個脈沖串同時包括了5msec(72位)的標稱保護時間與3.75msec(54位)的同步前置信號。
多達八十個獨立脈沖串(每個都有一個時隙的長度)都適應(yīng)于1.4秒長度的二分之一個數(shù)據(jù)幀。頻道預(yù)留次幀上的請求與傳送確認一般是由一個時隙組成。監(jiān)視脈沖串始終保持時隙(名義上是兩個)，數(shù)據(jù)脈沖串一般是由一個上述的一個控制時隙(包含有78個用戶位)以及個數(shù)不定供其它用戶數(shù)據(jù)內(nèi)容使用的時隙所組成。
次幀的組織所有空中-地面與地面-空中的數(shù)據(jù)通信，都發(fā)生在TDMA數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)里。此數(shù)據(jù)幀是由一系列來自地面與飛機傳送器的脈沖串所組成。每一個脈沖串是一整數(shù)的時隙。各的脈沖串依照傳送的方向以及受支持的服務(wù)類型分別組織于次幀之中。每一個數(shù)據(jù)幀共有四種(4)次幀，如下所述1.地面-空中脈沖串，除了中繼轉(zhuǎn)送向上連結(jié)數(shù)據(jù)外，也傳送TDMA時間與數(shù)據(jù)控制訊息。(圖4A)2.空中-地面監(jiān)視，被稱作同步傳輸服務(wù)(STS)脈沖串，傳送飛機導航狀態(tài)以及傳送與接收數(shù)據(jù)的需求。(圖4B)3.空中-地面數(shù)據(jù)，被稱作異步傳輸服務(wù)(ATS)脈沖串，傳送機上的數(shù)據(jù)(如數(shù)據(jù)連結(jié)應(yīng)用服務(wù))給地面。(圖4C)4.空中-地面預(yù)留脈沖串，提供另一模式給要求接收或傳送數(shù)據(jù)。(圖4D)每一個數(shù)據(jù)幀內(nèi)的次幀界限是動態(tài)的，并且由SACOM數(shù)據(jù)控制器(SDC)調(diào)度器來調(diào)整，以便調(diào)整數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)滿足目前的傳輸需要。這些界限會在包含了一個次幀的地面-空中脈沖串里廣播。對超幀里的六個數(shù)據(jù)幀而言，次幀的界限位置可能不相同。然而，次幀界限只能在每個超幀的基準上來調(diào)整。時間參考來自地區(qū)控制設(shè)備(area control facilities，ACFs)中SACOM控制中心的時間點廣播來的時間點。時間會由SDCs在所有子網(wǎng)絡(luò)上同步化。對于傳輸脈沖串時間的沖突，會由駐留于SDC的系統(tǒng)調(diào)度器管理的一個預(yù)留調(diào)度器來裁定。此裁決機制在兩種支持的操作模式(同步與異步服務(wù))并不相同。
次幀20-1，如圖4A所示，由一個地面-空中脈沖串組成，該脈沖串傳送SACOM TDMA時間與預(yù)留通知。次幀1也包含地面-空中ATN PDUs()內(nèi)含送往指定飛機的數(shù)據(jù)。此交通包含所有的ATN地面-空中數(shù)據(jù)內(nèi)容。
次幀20-2，如圖4B所示，包含所有同步的空中-地面脈沖串，稍后會有定義。此次幀對某一區(qū)段里的所有飛機，支持指定的空中-地面?zhèn)鬏敃r間。次幀2由數(shù)個脈沖串組成，在某一區(qū)段里，每個脈沖串只指定給一架飛機。每當每個超幀從既定路線上的飛機送來時，同步的操作模式會支持監(jiān)視報告；此種報告結(jié)構(gòu)提供一個8.4秒的更新率給既定路線上的監(jiān)視數(shù)據(jù)。對某一終端區(qū)域內(nèi)的每一架飛機而言，每個超幀會被提供兩個位置報告，更新率為每4.2秒一次。每一個同步的服務(wù)開始包括了一段保護區(qū)、一段前置信號以及1.5個時隙與內(nèi)含監(jiān)視報告的數(shù)據(jù)內(nèi)容的2個時隙。因此，每一個監(jiān)視脈沖串總共需要37msec，包括保護區(qū)、脈沖串前置信號以及編碼在內(nèi)。稍后會說到，每個指定的同步空中-地面脈沖串通過異步操作模式也提供傳送者一個使用附加的ATN內(nèi)容擴大其向下連結(jié)的機會。也就是說，每一個空中-地面同步脈沖串提供傳送者一個要求存取TDM幀內(nèi)統(tǒng)計上復用部份的機會。
次幀20-3，如圖4C所示，包含了空中-地面異的數(shù)據(jù)脈沖串，稍后會有說明。在此次幀內(nèi)的脈沖串時間通過次幀20-2內(nèi)同步數(shù)據(jù)脈沖串所含的請求以及次幀20-4的保留時隙而被保留。SACOM數(shù)據(jù)控制器(SDC)會接收這些請求、調(diào)解沖突，并且廣播次幀1內(nèi)的次幀20-4脈沖串調(diào)度器。飛機上，SACOM數(shù)據(jù)處理器(SDP)會執(zhí)行提出請求的功能以接收與傳送數(shù)據(jù)，并執(zhí)行頻道脈沖串(被傳輸&被接收)與ATN數(shù)據(jù)幀之間的匯編/反匯編(assembly/disassembly)翻譯。
最后，次幀20-4，如圖4D所示，是一邏輯保留頻道。此次幀提供另外一個要求傳送空中-地面數(shù)據(jù)的機會。這個機會是通過監(jiān)視使用的同步操作模式，每8.4秒很可靠地提供一次，次幀20-4會擴大每一個8.4秒的存取時間并提供另外的保留機會在每一個數(shù)據(jù)幀內(nèi)(每1.4秒一次)。存取保留頻道是通過隨機存取的方法(slott-ed Aloha)，以便，在內(nèi)容量大時，因同時傳送脈沖串所造成的碰撞有時將會發(fā)生。
圖3所示是依照本發(fā)明所產(chǎn)生一系列典型的傳輸脈沖串。每個脈沖串之間以5msec的保護區(qū)隔開以確保不會有重疊的情形。每一個脈沖串開端有一個同步前置信號12以便完成位同步與脈沖串同步字。位同步可能是一串0的與1，脈沖串同步字則是一串相關(guān)性良好(good cross correlation)的位序列(如Williard碼)。次幀20-1中，脈沖串同位字特別重要，因為它在1.4秒的時間點到達并且提供做SACOM TDMA計時用的參考基準，以及讓所有的飛機可以同步于SACOM的系統(tǒng)時鐘。圖4A所示是次幀20-1結(jié)構(gòu)的一個范例，包括有脈沖串同位字、數(shù)據(jù)幀序號以及控制參數(shù)，該參數(shù)描述TDMA脈沖串設(shè)定的目前的調(diào)度器/同意權(quán)(schedule/permission)。另外，圖4A也指出了次幀1內(nèi)向上連結(jié)異步數(shù)據(jù)(ATN_內(nèi)容)的次幀位置。圖4B與至4C同樣都是在描述次幀20-2、20-3與20-4內(nèi)的脈沖串結(jié)構(gòu)。要注意的是，在任何情況下，脈沖串都包括了傳輸器的識別、脈沖串類型的指示以及前向錯誤則正字段的結(jié)合。圖5中的表格對這些脈沖串結(jié)構(gòu)的輪廓在一般監(jiān)視用的脈沖串部份有詳細的說明。
廣播媒體存取協(xié)議媒體存取協(xié)議是受上述數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的支持。次幀20-1支持系統(tǒng)控制通訊線(orderwire)并傳送計時點、數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的定義(次幀界限位置)以及此區(qū)段內(nèi)所有飛機的空中-地面脈沖串分配。每一個超幀中第一個數(shù)據(jù)幀的通訊線包含有系統(tǒng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)并且提供控制數(shù)據(jù)于動態(tài)數(shù)據(jù)幀界限位置上，供超幀中其它數(shù)據(jù)幀來使用。動態(tài)數(shù)據(jù)幀界限定義了超幀內(nèi)每個數(shù)據(jù)幀中四個次幀的資源傳輸總數(shù)。超幀中次順序(subsequent)數(shù)據(jù)幀內(nèi)的通訊線提供了另外的數(shù)據(jù)幀計時點以及送給此數(shù)據(jù)幀的服務(wù)分配。指定給飛機的監(jiān)視脈沖串讓飛機每隔8.4秒就可以要求另外的異步服務(wù)(ATN協(xié)議結(jié)構(gòu)支持空中-地面連結(jié))。次幀20-4內(nèi)的異步預(yù)留頻道在slotted Aloha的仲裁機制下，每幀一次地(1.4秒)提供另外一個要求空中-地面?zhèn)鬏敃r間的機會。
對同步(專用的)對異步(統(tǒng)計上復用的TDM)的操作模式來說，有四種不同的存取協(xié)議。同步次幀存取的啟動是由本發(fā)明中SACOM數(shù)據(jù)控制器(SDC)來協(xié)調(diào)。也就是說，進來的飛機被指定一個同步模式配置，當成從某一區(qū)段到另一區(qū)段切換程序的一部份。離開時完成存取動作的啟動是操作程序的一部份；和進入ATN網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容管理程序是相似的。
另外，可能會有新的飛機(沒有事先做同步連結(jié)進入此區(qū)段的子網(wǎng)絡(luò)的飛機)通過slotted Aloha仲裁機制進入某個子網(wǎng)絡(luò)，下文異步交通會有說明。此同步的指定會由SDC調(diào)度調(diào)度器并且通過下個數(shù)據(jù)幀內(nèi)空中-地面脈沖串中的系統(tǒng)通訊線來分散，和異步操作模式類似的動作。每當一架飛機已經(jīng)占據(jù)了某個同步指定，在該飛機在此還內(nèi)的全部時間此飛機便擁有此指定專用使用權(quán)(每8.4秒產(chǎn)生一次)。
飛機通過預(yù)留技術(shù)可以得到異步服務(wù)。對空中-地面?zhèn)魉头?wù)來說，飛機會廣播一個要求以傳送數(shù)據(jù)訊息。一收到此要求，SDC會解譯會安排一個傳送時隙，給提出要求的飛機并將此調(diào)度器隨著接下來的數(shù)據(jù)幀中次幀20-1內(nèi)的控制數(shù)據(jù)往上送。然后，飛機會將此數(shù)據(jù)廣播到分配的異步配量內(nèi)。此異步脈沖串可能也附加一段訊息到SDC上，指出是否繼續(xù)需要異步的服務(wù)。此指定程序讓飛機可以串接多個空中-地面服務(wù)單元并且連續(xù)地要求附加的交通存取而不必要求新的預(yù)留脈沖串。SDC會接收附加的訊息并且據(jù)此來安排新的同步時隙的調(diào)度器。
異步、空中-地面、要求訊息是由飛機來啟動。它是通過同步脈沖串(次幀20-1)或特別保留的預(yù)留頻道(次幀20-4)來傳送。所有回送到飛機的地面-空中交通響應(yīng)會由SACOM連結(jié)在一串行數(shù)據(jù)串列之內(nèi)，也就是混和入地面-空中次幀20-1的次脈沖串之內(nèi)；此次脈沖串支持數(shù)據(jù)傳送到此區(qū)段內(nèi)的某架飛機或所有的飛機。所有特定地面-空中廣播的訊息都會成群地組合在相同的地面-空中脈沖串內(nèi)。每一架飛機都會監(jiān)聽與讀取整個地面-空中次幀。因此，此次幀是由一個脈沖串標頭與數(shù)個用戶數(shù)據(jù)欄組合而成。每一個用戶數(shù)據(jù)字段都有相關(guān)的控制參數(shù)，包括服務(wù)連結(jié)相關(guān)數(shù)。服務(wù)連結(jié)相關(guān)數(shù)內(nèi)的位址是用來辨認目標飛機的。
邏輯連結(jié)控制協(xié)議邏輯連結(jié)控制協(xié)議提供上述子網(wǎng)絡(luò)獨立收斂協(xié)議(subnetwork independentconvergence protocol)層的接口。它定義了在共用廣播媒體中，本發(fā)明的邏輯連結(jié)。邏輯連結(jié)同時也負責辨別與分別給(routing)同步與異步脈沖串以及頻道預(yù)留脈沖串指定路徑。
邏輯連結(jié)是通過登錄(login)“類型程序來建立的。此程序會指定一個唯一的識別碼(ID)給此區(qū)段中某個新的用戶。當進入此區(qū)段時，每架飛機就會被賦予一個連結(jié)識別碼，此識別碼是此架飛機在此區(qū)段期間唯一的一個位址。此連結(jié)識別碼是個單一的位組。在其它的區(qū)域，識別碼會使用在替其區(qū)段內(nèi)的所有飛機定址、或其區(qū)段內(nèi)飛機的次組(subset)。連結(jié)識別碼的指定是包含在地面-空中次幀20-1脈沖串之內(nèi)。
連接下一個更高層次的接口是一連串的CLNP協(xié)議數(shù)據(jù)單元(protocoldata units，PDUs)。SACOM邏輯連結(jié)層會在數(shù)據(jù)PDVs上標識適當?shù)钠鞄?flags)并將其插入SACOM的物理層中。在地面的無線電傳輸器中會有一連串的CLNP數(shù)據(jù)單元抵達，并且會被SDC并入在次幀20-1的脈沖串之內(nèi)。在地面的無線電接收器中會接收到一連串的分散的脈沖串，而SDC會解讀這些脈沖串的數(shù)據(jù)幀和其上頭部并且輸出一單一串流的CLNP PDVs。在飛機上，SDP會執(zhí)行此可比較的邏輯連結(jié)功能，就如同地面上的SDC一樣。
擁塞時的操作策略一個動態(tài)地指定給某一區(qū)段的額外頻率的使用，可以在有需要的時候(as-needed)被提供。此額外的頻率會被用來支持其它的數(shù)據(jù)頻道，該頻道將提供補充的異步的服務(wù)。在正常的操作下，只有單一的擁數(shù)據(jù)頻率，此單一的頻率由空中-地面與地面-空中交通來共用。在擁塞期間支持雙向的交通，但只用單一的頻率可能行不通。在這種情形下，一個第二數(shù)據(jù)頻率就可以動態(tài)地分配給某個區(qū)段使用。
此方法提供多于兩倍的通信頻寬，但是只要極少的額外設(shè)備設(shè)置于飛機中或地面上。為了支持此策略，飛機只需要當其正在使用動態(tài)分配到的頻率上接收數(shù)據(jù)時，能夠使用專用的頻率來傳送；它仍然只需要一部單一的傳送器與一部單一的接收器；然而，當次幀1的通訊線廣播在專用的數(shù)據(jù)頻道上期間，而飛機必須在第二個頻道上監(jiān)聽時，那么，飛機可能就需要一部雙數(shù)據(jù)頻道(_dual data channel)的無線電接收器。此雙頻道的接收器在飛機必須監(jiān)聽其它飛機(避免碰撞系統(tǒng)的一部份)的同步廣播，卻又正在第二數(shù)據(jù)頻道上接收ATS數(shù)據(jù)時，可能也會使用到。為了支持此擁塞時的策略，地面上的接收器只需要由可以同時操作的一部單一的傳送頻道與一部單一的接收頻道組成即可(在專用的數(shù)據(jù)頻率上接收，在第二頻率上傳送)。但是，如果為了效率，在次幀1期間，地面上的傳送器必須在第二頻率上傳送ATS數(shù)據(jù)，此時，地面上的傳送器需要一部雙傳送器。為了簡化接下來的討論，我們假設(shè)飛機與地面分別只有一部單一的頻道接收器與一部單一的頻道傳送器。
頻率分配范例目前做為共線語音使用的民用A/G無線電，占據(jù)的VHF頻率大約在118MHZ及138MHZ之間。支持分隔的語音頻道的載波之間的間隔是25KHZ_。除此之外，大約從108MHZ到118MHZ有一VOR頻譜，如果供所有飛機使用的GPS定位完全實現(xiàn)時，可以使用得到。最后，有段軍方的UHF頻譜使用在共線語音上，它也使用在結(jié)合監(jiān)視與數(shù)據(jù)的系統(tǒng)里面。實現(xiàn)本發(fā)明的關(guān)鍵在于假設(shè)壓縮過的數(shù)字化語音可以有10.0KHZ的間隔。確實，用低成本的技術(shù)就能支持數(shù)字或模擬語音頻道的10.0KHZ間隔。在頻道間隔縮小的情況下，就可以使用許多頻道來支持A/G數(shù)據(jù)。
語音與數(shù)據(jù)頻道的頻率需要分開，因為傳送器與接收器是共同設(shè)置的并且共用相同的天線。下面的討論會解釋目前分配給A/G的無線電VHF如何可以在轉(zhuǎn)移期間以及在全部SACOM完成的終點時來使用。
機上配備說明支持SACOM數(shù)據(jù)頻道所需要的設(shè)備如圖6所示。特別要注意的是，數(shù)據(jù)前端22支持和頻道或物理層接觸的接口，而SDP23控制頻道的存取及與CLNP的接口。
在傳送的方向，SDP23包括了脈沖串組合器24，產(chǎn)生位流，將其傳送脈沖串送給相關(guān)的空中-地面?zhèn)魉颓岸?。位流是由其接口所接收到的CLNP PDVs25與從導航控制器接收到的正同步數(shù)據(jù)組合而成。傳送前端從脈沖串組合器接收位流并且執(zhí)行前向的錯誤編碼(forward error encoding)27與增加同步化的序列28。全部的位流在SDP調(diào)度器126的協(xié)調(diào)下，在適當?shù)臅r間送到無線電機。然后，數(shù)據(jù)會緩沖于29并從緩沖器29在調(diào)度器26設(shè)定的1.4秒點處輸出到調(diào)制器30，接著轉(zhuǎn)換器31連同數(shù)控振蕩器(oscillator)32與RF源(RF source)33會將其轉(zhuǎn)換成RF傳輸頻率。轉(zhuǎn)換器31的輸出會在34被放大，然后供給同向雙工器/切換開關(guān)(diplexer/switch)35與天線36使用。同向雙多工器/切換開關(guān)35、放大器34以及NCO32上的控制工作是由調(diào)度器36來執(zhí)行，如前所述。
在接收的方向，接收前端37會將進來的脈沖串解調(diào)制后送入一串行的數(shù)據(jù)流。接收前端37合并了一部低噪音的放大器38、向下-轉(zhuǎn)換器(down-convertor)39、低通的濾波器40、AGC電路41，該電路可以提供信號指示42給解調(diào)制器43。AGC電路41的輸出供解調(diào)制器43以及它的同步電路44使用，該電路會產(chǎn)生取樣的時鐘給解調(diào)制器43使用。解調(diào)制器43輸出的數(shù)字信號會經(jīng)過同步前置信號抽取器(stripper)45與塊解碼器(blockdecoder)46，然后送到脈沖串分解器(burst disassembler)47。脈沖串分解器47會將數(shù)據(jù)脈沖串解碼并發(fā)送(route)通訊線數(shù)據(jù)到調(diào)度器，將ATS數(shù)據(jù)送到CLNP接口。
圖7所示是一組完整的飛機配備，包括了數(shù)據(jù)頻道處理器與傳收器(transceiver)(23、26、37)、語音處理器148與傳收器49、監(jiān)視設(shè)備50與三冗余GPS接收器GPS1、GPS2、GPS3以及導航控制器。語音處理器利用傳統(tǒng)的數(shù)字式接收器48與傳送器49前端。要注意的是，有一套備用的VHF/UHF的傳收器可用。
地面終端說明支持SACOM數(shù)據(jù)頻道所需要的地面設(shè)備如圖8所示，與圖6并列。要注意的是，當和飛機終端通信時，SACOM數(shù)據(jù)前端60支持和頻道或物理層接觸的接口，而SCC61則控制頻道的存取以及與CLNP的接口。
在傳送的方向，SCC61包括了脈沖串組合器62，產(chǎn)生位流，將次幀20-1的傳送脈沖串送給相關(guān)的地面-空中傳送前端。此位流是由來自接口所接收到的CLNP PDVs與SDC調(diào)度器提供的次幀通訊線數(shù)據(jù)組合而成。傳送前端從脈沖串組合器62接收位流并且執(zhí)行前向的錯誤編碼與增加同步化的序列。全部的位流在SDP調(diào)度器63的協(xié)調(diào)下，會在適當?shù)臅r間送到無線電機。在接收的方向，接收前端會將進來的脈沖串解調(diào)制后送入一串行的數(shù)據(jù)流，并且，脈沖串分解器會將數(shù)據(jù)脈沖串解碼并將預(yù)留要求數(shù)據(jù)(reservation request informa-tion)傳送到調(diào)度器63，將異步數(shù)據(jù)送到CLNP接口，將異步數(shù)據(jù)送到中心目的地。
支持的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)監(jiān)視與通信(SACOM)系統(tǒng)提供空中/地面的語音與數(shù)據(jù)通信連結(jié)?？墒褂玫臄?shù)據(jù)與語音的SACOM服務(wù)，提供了一個堅固的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)將先前定義的導航、監(jiān)視與通信所需的設(shè)備集成在一起。SACOM語音與數(shù)據(jù)的連結(jié)分別由空中/地面的無線電機來支持。而它們的操作則是通過地區(qū)控制設(shè)備(Area ControlFacility，ACF)內(nèi)的SACOM數(shù)據(jù)控制器(SACOM-Data Control，SDC)，在區(qū)段內(nèi)來協(xié)調(diào)。一旦進入了SACOM網(wǎng)絡(luò)，負責的SDC便會協(xié)調(diào)在相同的ACF區(qū)域內(nèi)，不同的區(qū)段之間的切換工作。不同的ACF區(qū)域內(nèi)，不同的區(qū)段之間(也就是不是由同一個SDCs控制的區(qū)段)的切換工作則是通過SDCs之間的SACOM網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)構(gòu)來協(xié)調(diào)。
在接下的部份中，會說明通信系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念與典型的操作策略、語音與數(shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)在子網(wǎng)絡(luò)和其它部份的切換程序、不同系統(tǒng)元件之間的相互作用，以及通過系統(tǒng)連結(jié)與典型的服務(wù)提供程序所能使用的服務(wù)。
系統(tǒng)的操作對語音與數(shù)據(jù)子系統(tǒng)而言，SACOM包括了定義為一實際的通信子網(wǎng)絡(luò)(如ISO中所定義)的設(shè)備來實現(xiàn)物理與數(shù)據(jù)連結(jié)層協(xié)議的操作。每一個區(qū)段中的每一個實際的子網(wǎng)絡(luò)(語音與數(shù)據(jù))被視同一SACOM的子網(wǎng)絡(luò)。實際的子網(wǎng)絡(luò)在ISO中被定義為一集合了設(shè)備與物理介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以形成一自主的整體并可以用來連結(jié)實際的系統(tǒng)以完成通信。所以，每一個區(qū)段中都有一個SACOM的語音子網(wǎng)絡(luò)，以及一個SACOM的數(shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)。對數(shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)來說，SACOM也包括了子網(wǎng)絡(luò)存取協(xié)議(Subnetwork Access Protocol，SNAcP)的網(wǎng)絡(luò)子層功能來存取SACOM數(shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)的傳送能力。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念本發(fā)明中的通信系系統(tǒng)提供了語音與數(shù)據(jù)通信。數(shù)字無線電用來支持這些通信子網(wǎng)絡(luò)。語音通信通過飛機與地面的語音控制單元來存取。語音會經(jīng)過數(shù)字式的編碼并且與數(shù)據(jù)通信共用一部無線電機。除了它是端-端(end-to-end)數(shù)字式的、且被自動監(jiān)控、以及自動偵測并恢復失敗之外，語音通信和今日的收音機完全相同。
數(shù)據(jù)通信子網(wǎng)絡(luò)支持CONS模式服務(wù)(專用的同步傳送服務(wù)(synchronoustransmission services)縮寫為STS)與CNLS模式服務(wù)(統(tǒng)計式共享的異步傳送服務(wù)(statistically shared asynchronous transmiss-ion services)縮寫為ATS)的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。這些數(shù)據(jù)通信服務(wù)是通過飛機上的SACOM數(shù)據(jù)處理器(SDP)以及ACF的SACOM數(shù)據(jù)控制器(SDC)來存取。
SDP提供數(shù)據(jù)傳送服務(wù)的接口給不連結(jié)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(connectionlessnetwork protocol，CLNP)的機器，該機器支持飛機上的應(yīng)用(例如，雙向數(shù)據(jù)連結(jié)-TWDL以及上下文的管理通信(Context Mangement Communicat-ions，CM-Comm)應(yīng)用)。它也提供了CONS服務(wù)接口給專用的服務(wù)。對于每架在SACOM系統(tǒng)中的飛機，SDP是必要的。SDP用作一介于SACOM子系統(tǒng)與飛機上的A/G路由器(router)之間實系統(tǒng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。它執(zhí)行數(shù)據(jù)幀的組合與分解功能，并且緩沖在支持ATN路由器的子網(wǎng)絡(luò)獨立收斂協(xié)議(subnetworkindependent_convergence protocol，SNICP)與SACOM無線電機之間的數(shù)據(jù)傳送。
SDC提供數(shù)據(jù)傳送服務(wù)的接口給CLNP協(xié)議的機器，該機器支持地面的應(yīng)用。在ACFs內(nèi)的每一個地面主要站臺都必需有SDC。SDC的功能包括了和SDP相同的連結(jié)處理(以及幀處理)功能。它同時也支持額外的系統(tǒng)管理與控制權(quán)責。包括在系統(tǒng)管理與控制權(quán)責之內(nèi)的是SACOM服務(wù)調(diào)度與數(shù)據(jù)幀計時散布(frame timing dissemination)。圖9所示是空中/地面通信元件內(nèi)的SDC與SDP的位置，以及在飛機#1、飛機#2…、飛機#N之間典型的空中-地面脈沖串時間分配。特別的是在SACOM無線電機與ATN路由器之間的SDC/SDP的位置。此種安排讓SACOM子網(wǎng)絡(luò)可以支持典型的ATN通信操作與數(shù)據(jù)連結(jié)系統(tǒng)應(yīng)用。
SACOM通信子系統(tǒng)，原則上就如同一套中央化的A/G數(shù)據(jù)傳送子網(wǎng)絡(luò)的集合，每一子網(wǎng)絡(luò)由SDC來管理。SDC位于ACF內(nèi)，支持在某一個特別的ACF區(qū)域內(nèi)，SACOM子系統(tǒng)該有的管理與控制。特殊ACF內(nèi)的SDC全部以網(wǎng)絡(luò)連結(jié)在一起。SDC網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行ATN G/G子網(wǎng)絡(luò)，在SDC站臺之間建立起管理的通訊線。在特定的ACF內(nèi)維護的每一個控制器區(qū)段都分配有SACOM數(shù)據(jù)通信頻率，獨立的支持稍后會定義的一類服務(wù)。在某些較擁塞區(qū)段中，會在操作繁忙的時候使用第二頻率。一般而言，每一個子網(wǎng)絡(luò)都會有一部SACOM無線電機(使用合適的備用(appropriate sparing))來報告在其相關(guān)ACF內(nèi)的SDC。
SDC操作并且控制在其ACF中子網(wǎng)絡(luò)(區(qū)段)內(nèi)所有的作業(yè)。它同時也支持在一個ACF區(qū)域內(nèi)，不同的區(qū)段之間(SACOM頻率之間)以及不同的ACF區(qū)域內(nèi)，不同的區(qū)段之間的解除(handoff)連結(jié)程序。SACOM區(qū)段設(shè)備的操作(包括遙控地面SACOM無線電機、加入某區(qū)段廣播的基于航空的SACOM無線電機以及與其相關(guān)的SDP、SDC)可以視同SACOM子網(wǎng)絡(luò)。圖10所示是ACF、TRACON與MCF中典型的SACOM子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備結(jié)構(gòu)。在接下來的章節(jié)中，對這些元件與支持基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)會有詳細的說明。
NAS的功能結(jié)構(gòu)。
SACOM的功能結(jié)構(gòu)通過物理性與邏輯性地共用設(shè)備，以集成結(jié)構(gòu)構(gòu)下，提供語音通信、監(jiān)視與數(shù)據(jù)連結(jié)服務(wù)。例如，在控制站與遙控站之間，物理線上的頻寬可以切割分給語音通信、監(jiān)視與數(shù)據(jù)連結(jié)交通來使用?；蛘撸唤M無線電機可以動態(tài)地被分配給語音通信、監(jiān)視與數(shù)據(jù)連結(jié)來使用，具有一共用的備用臺(pooledspare)。這些無線電機在功能上完全相同，但是在操作上，可以使用在語音通信、組合的監(jiān)視與數(shù)據(jù)連結(jié)、或共用的備用臺上。
本設(shè)計實際上合并了共用的設(shè)備，以功能來分割設(shè)備比較容易來說明此結(jié)構(gòu)。接下來所要討論的三個功能是語音通信、監(jiān)視與數(shù)據(jù)連結(jié)。
語音通信語音通信子系統(tǒng)的基本功能是在單一的控制器以及此控制區(qū)段內(nèi)的所有飛機之間，提供A/G與A/A的共線語音通信。
支持此語音通信系系統(tǒng)的設(shè)備串如圖11所示。包括了以下的元件1.駕駛頭套組(Pilot Headset)/麥克風70。
2.無線電語音接口(RVI)71。
3.無線電選擇切換(RSS)72。
4.SACOM飛機無線電/天線73。
5.SACOM地面無線電75/天線74。
6.無線電切換多功器(RSM)76。
7.無線電網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)77。
8.語音切換接口(VSI)78。
9.語音切換(1)79。
10.控制器頭套組/麥克風(1)。80-180-1、80-2、、、80-N。
設(shè)備注意
1.現(xiàn)存的設(shè)備不是SACOM的一部份。
駕駛頭套組/麥克風駕駛頭套組/麥克風70提供下列的功能1.無線電控制功能(PTT、頻率設(shè)定、、等)。
2.音頻接口。
無線電語音接口(RVI)71無線電語音接口(RVI)71提供下列的功能1.頭套組/麥克風/喇叭接口。
2.語音信號的A/D轉(zhuǎn)換。
無線電選擇切換(RSS)72無線電選擇切換(RSS)72提供下列的功能1.連接RVI與各效的SACOM飛機無線電機/天線。
SACOM飛機無線電/天線73飛機數(shù)字無線電是SACOM數(shù)字無線電在飛機上的一種形式，并且與之完全相容。提供下列額外的功能1.如何開始登錄此頻率？2.如何在從某一區(qū)段轉(zhuǎn)移到另一區(qū)端？
3.它的失敗以后(failover)的程序是什么？SACOM地面無線電/天線74、75SACOM地面無線電在之前已經(jīng)詳細的討論過。目前的目的只是簡單地當作一VHF/UHF無線電(也就是傳收器)來傳送與接收9.6-Kbps、數(shù)字編碼的語音信號。
無線電切換多功器(RSM)72無線電切換多功器(RSM)72提供電子的連接、頻寬管理、線上監(jiān)控(line monitoring)、錯誤偵測以及連接控制站臺到遠端站臺物理電路重建的切換能力。除了在控制站臺(例如，ARTCCs)與遠端站臺(例如，RCAGs)兩者都存有以外，它提供類似RCR中所提供的功能。RSM76提供下列的功能1.語音切換與網(wǎng)絡(luò)之間的連結(jié)。
2.SCC與網(wǎng)絡(luò)之間的連結(jié)。
3.無線電設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)之間的連結(jié)。
4.針對傳送效率，在控制站臺與遠端站臺之間，數(shù)字語音與數(shù)字數(shù)據(jù)的多工處理。
5.線上/電路監(jiān)控、錯誤偵測與電路重建。
6.自動測試以便將錯誤分隔。
7.無線電與無線電連結(jié)的狀態(tài)監(jiān)控以便在站臺錯誤、無線電錯誤以及傳輸錯誤時可以恢復。
8.建立無線電的頻率與功能。
無線電網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)77無線電網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)77通連到RSM76，提供下列的功能1.無線電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的維護以及可能的備份對策。
2.RSM的控制與協(xié)調(diào)以便提供集成系統(tǒng)的監(jiān)控與重建的能力。
3.與集成的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的接口以便獲得網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)并提供發(fā)生錯誤時的警告。
4.圖形用戶接口(Graphical User Interface，GUI)與電腦-人類接口(Computer-Human In-terface，CHI)。語音切換接口(VSI)語音切換接口(VSI)78提供各個語音切換79與網(wǎng)絡(luò)之間的接口。它基本上相當于更新的COTSRCE。VSI執(zhí)行下列的功能1.到/從語音切換79的A/G無線電控制信號(例如，PTT、M/S切換、squelch中斷)的轉(zhuǎn)換。
2.對模擬切換接口來說，將語音信號，在模擬格式與無線電機使用的語音編碼(vo-coded)數(shù)字格式之間做轉(zhuǎn)換。
3.對數(shù)字切換接口來說，將語音信號，在PCM/ADPCM格式與無線電機使用的語音編碼(vo-coded)數(shù)字格式之間做轉(zhuǎn)換。
語音切換(1)79語音切換可以是任何一種現(xiàn)存FAA A/G的語音切換，包括VSCS、ICSS、STVS或ETVS。
控制器頭套組/麥克風80-1、、、80-N控制器頭套組/麥克風80提供下列的功能1.無線電控制功能(PTT、頻率設(shè)定、、等)。
2.語音接口。
監(jiān)視監(jiān)視子系統(tǒng)的基本功能就是，從某一控制器區(qū)段內(nèi)的所有飛機提供周期性的(三維的)監(jiān)視位置報告，從而飛機的位置便可以顯示在PVD控制器上。因為今天的操作概念是使用分離的雷達系統(tǒng)來偵測途中及終點的飛機，而且今天的監(jiān)視位置報告是分配給多個自動系統(tǒng)，這個監(jiān)視子位置報告必需分配給多個途中自動系統(tǒng)。支持監(jiān)視系統(tǒng)的可能的設(shè)備串如圖9。它包括下列的元件1.GPS接收器/天線90。
2.SACOM數(shù)據(jù)處理器(SDP)91。
3.無線電選擇切換92。
4.SACOM飛機無線電/天線(2)。
5.SACOM地面無線電/天線(2)。
6.無線電切換多工處理器(RSM)(2)。
7.無線電網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)(2)。
8.SACOM數(shù)據(jù)控制器(SDC)。
9.數(shù)據(jù)連結(jié)處理器(DLP)(1)。
10.ATN G/G網(wǎng)絡(luò)(1)。
11.NAS(G/G)路由器(1)。
12.高級自動系統(tǒng)(AAS)(1)。
13.平面景觀顯示器(PVD)(1)。
這些元件討論如下GPS接收器/天線GPS接收器提供下列的功能1.從GPS信號判斷三度空間的位置。
2.初始化GPS位置數(shù)據(jù)并將其提供給ATN飛機路由器，以發(fā)送給AAS。SACOM數(shù)據(jù)處理器(SDP)SACOM數(shù)據(jù)處理器(SDP)23執(zhí)行下列的功能1.數(shù)據(jù)幀的組合/分解。2.A/G子網(wǎng)絡(luò)的存取要求處理。SACOM數(shù)據(jù)控制器(SDC)SACOM數(shù)據(jù)控制器(SDC)提供從無線電接收監(jiān)視與數(shù)據(jù)連結(jié)數(shù)據(jù)的能力。SDC提供下列的功能1.接收SACOM監(jiān)視/數(shù)據(jù)連結(jié)超幀并且分隔專用的(監(jiān)視)與未連接的(數(shù)據(jù)連接)數(shù)據(jù)。2.調(diào)度未連接的數(shù)據(jù)，以及管理數(shù)據(jù)幀的大小。3.將監(jiān)視數(shù)據(jù)定址以提供多點傳送(multicast)的能力。4.A/G頻寬的控制與分配。5.數(shù)據(jù)連結(jié)訊息的處理以便它們可以被送到(在ATN上)適當?shù)哪康牡亍?shù)據(jù)連結(jié)處理器(1)數(shù)據(jù)連結(jié)處理器(DLP)提供下列的功能1.ATN G/G子網(wǎng)絡(luò)與某個ATN A/G子網(wǎng)絡(luò)之間的接口。2.以上各網(wǎng)絡(luò)之間的發(fā)送。ATN G/G網(wǎng)絡(luò)(1)ATN G/G網(wǎng)絡(luò)提供下列的功能1.傳送多點傳送的監(jiān)視位置報告給指定的目標。2.傳送數(shù)據(jù)連結(jié)訊息到等指定的目標以及從指定的目標傳送數(shù)據(jù)連結(jié)訊息。NAS G/G路由器NAS G/G路由器提供G/G ATN子網(wǎng)絡(luò)上的發(fā)送。高級自動系統(tǒng)(AAS)(1)高級自動系統(tǒng)提供下列的功能1.接收并且處理監(jiān)視位置報告，然后將其顯示在控制器的PVD上。2.讓控制器傳送數(shù)據(jù)訊息給受控的飛機或由其它控制器控制的飛機；讓控制器接收從給受控的飛機或由其它控制器控制的飛機傳來的數(shù)據(jù)訊息。平面景觀顯示器(PVD)(1)平面景觀顯示器(PVD)提供下列的功能1.在CRT上顯示某個控制器區(qū)段內(nèi)的所有飛機以及其附近的、下面的、與上面區(qū)段內(nèi)的飛機。PVD由AAS來控制并且可以由每一個控制器來定制(customized)。數(shù)據(jù)連接數(shù)據(jù)連接的基本功能就是提供A/G子網(wǎng)絡(luò)以便在控制器與飛行員之間可以傳送和ATN相容的訊息。支持數(shù)據(jù)連接子系統(tǒng)的設(shè)備串如圖9。它包括下列的元件1.數(shù)據(jù)連接訊息顯示/進入單元(1)。2.其它飛機數(shù)據(jù)連接的應(yīng)用(1)。3.ATN飛機路由器(1)。4.SACOM控制處理器(SCP)(2)。5.無線電選擇切換(RSS)(2)。6.SACOM飛機無線電/天線(2)。7.SACOM地面無線電/天線(2)。8.無線電切換多工器(RSM)(2)。9.無線電網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)(2)。10.SACOM數(shù)據(jù)控制器(SDC)(2)。11.數(shù)據(jù)連接處理器(DLP)(1，2)。12.ATN G/G網(wǎng)絡(luò)(1，2)。13.NAS G/G路由器(1，2)。14.高級自動系統(tǒng)(AAS)(1，2)。15.數(shù)據(jù)連接數(shù)據(jù)進入裝置(1)。16.其它地面數(shù)據(jù)連接的應(yīng)用(1)。注意1.現(xiàn)存的設(shè)備不是SACOM的一部份。2.如上所討論的。這些元件的討論如下。數(shù)據(jù)連接訊息顯示/進入單元(1)這個裝置可以讓飛行員傳送和ATN相容的數(shù)據(jù)連接訊息給控制器及其它的地面數(shù)據(jù)連接應(yīng)用，以及接收從控制器及其它的地面數(shù)據(jù)連接應(yīng)用傳來的和ATN相容的數(shù)據(jù)連接訊息。其它飛機數(shù)據(jù)連接的應(yīng)用(1)這個ATN概念讓飛機有其它的應(yīng)用(例如，氣候顯示)。ATN飛機路由器(1)ATN飛機路由器是飛機上的一個局域網(wǎng)數(shù)據(jù)路由器，它將所接收的數(shù)據(jù)導向適當?shù)挠脩魬?yīng)用。數(shù)據(jù)連接數(shù)據(jù)進入裝置(1)數(shù)據(jù)連接進入裝置可以讓控制器傳送數(shù)據(jù)連接訊息給飛行員，接收從飛行員傳來的數(shù)據(jù)連接訊息。其它地面數(shù)據(jù)連接的應(yīng)用(1)這個ATN結(jié)構(gòu)讓其它的數(shù)據(jù)連接應(yīng)用(比如，天氣)可以傳送/接收數(shù)據(jù)連接訊息。SACOM子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與切換程序每一個SACOM區(qū)段都由兩個專用在A/G語音應(yīng)用與數(shù)字連結(jié)子網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上的相同的數(shù)字無線電機來支持。這兩個應(yīng)用(語音與數(shù)據(jù))以星狀網(wǎng)絡(luò)來操作，連同SA-COM地面無線電機，就像飛機無線電的集線器(hub)。圖12中所示是一典型的SACOM區(qū)段子網(wǎng)絡(luò)。語音與數(shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)是在星狀拓補(topology)內(nèi)操作的，連同SCC控制的地面無線電機，當作每一個子網(wǎng)絡(luò)的集線器。語音星狀子網(wǎng)絡(luò)就如同一套具有按鈕講座(push-to-talk)協(xié)調(diào)機制的同線。數(shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)通過先前已討論過的時分復用存取技術(shù)來管理。某個區(qū)段內(nèi)的語音與數(shù)據(jù)無線電機的頻率指定都是成對的，而且區(qū)段內(nèi)的操作也是成對的來控制。也就是說，網(wǎng)絡(luò)的進入、狀態(tài)的報告，以及從某一區(qū)段切換到另一區(qū)段的管理都會在語音與數(shù)據(jù)子系統(tǒng)來協(xié)調(diào)。圖13中所示是兩個典型的SA-COM切換情形。圖中有三個區(qū)段，有兩個區(qū)段在ACFA的操作控制權(quán)責內(nèi)，第三個區(qū)段是在ACFB控制的區(qū)域內(nèi)。在這種情況下，首先想像飛機X是在區(qū)段(A-1)的SACOM語音與通信的操作內(nèi)。它的飛行路線是從區(qū)段(A-1)到區(qū)段(A-2)。因為兩個區(qū)段在相同的ACF區(qū)域內(nèi)，所以它們都由相同的SCC來控制。語音通信的切換是以類似今日的操作技術(shù)來處理。飛機員在指導下，會通過控制權(quán)責的機構(gòu)在兩個區(qū)段頻率之間做頻率的移轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)通信的切換在操作上與語音通信的切換相連結(jié)。它是通過SCC來協(xié)調(diào)，而且飛機X所產(chǎn)生的監(jiān)視位置報告會無縫地(seamless)從區(qū)段(A-1)的數(shù)據(jù)無線電機切換到區(qū)段(A-2)的數(shù)據(jù)無線電機，而飛機X的監(jiān)視子系統(tǒng)不會被影響。
在第二種的切換情形中，飛機Y的飛行路線從ACFA支持的區(qū)段到ACFB控制的區(qū)段。語音通信的切換和先第一種情形所描述的型式相同。數(shù)據(jù)通信子網(wǎng)絡(luò)的切換同樣的與語音通信的切換相連結(jié)。連結(jié)各個SCC的管理與控制電路是用來支持飛機Y進入?yún)^(qū)段B-1的數(shù)據(jù)通信子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，以及以后切斷與區(qū)段(A-2)子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的飛機的連接。
各個區(qū)段之間的協(xié)調(diào)切換提供SACOM一個無縫的監(jiān)視與通信支持結(jié)構(gòu)。這是SACOM操作概念基本的單純性之一。為了要支持在衰減模式與失效情形下的操作，SACOM子網(wǎng)絡(luò)也支持一種叫晚進(late entry)的程序。晚進程序讓飛機進入一個新的子網(wǎng)絡(luò)而沒有與另一個子網(wǎng)絡(luò)建立優(yōu)先連接。晚進程序使用數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)中溝時隙式的(slotted)Aloha_頻道，來要求進入子網(wǎng)絡(luò)，接下來的部份會加以說明。
SACOM服務(wù)的提供SACOM通信子系統(tǒng)的基本目的是提供可靠的與集成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)給下列的通信需求·A/G語音子網(wǎng)絡(luò)提供控制器與飛行員之間的通信服務(wù)。
·A/G數(shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)提供下列型式的服務(wù)-監(jiān)視位置報告的A/G數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)散布服務(wù)。
-地面上的航空電信網(wǎng)絡(luò)(ATN)的網(wǎng)絡(luò)層物體與飛機上的航空電信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層物體之間的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)(數(shù)據(jù)傳送服務(wù)在ISO中的定義是一組來自真實的子網(wǎng)絡(luò)的有用功能，可以讓實子網(wǎng)絡(luò)中的用戶用來傳送與接收數(shù)據(jù))。
A/G語音子網(wǎng)絡(luò)SACOM語音子網(wǎng)絡(luò)通過介于控制器與單一區(qū)段中的所有飛機之間的全時的(full-time)、電路切換的共線來提供A/G語音服務(wù)。此語音使用低位率語音編碼進行編碼(low-bit-rate-voice encoding)，而且是端-端數(shù)字式的。在鄰近區(qū)段之間的切換可以經(jīng)在控制器與飛行員之間的語音互動來處理，或者經(jīng)由與數(shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)所支持的A/G數(shù)據(jù)連結(jié)服務(wù)協(xié)調(diào)，如之前說明過的。
A/G數(shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)SACOM數(shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)通過時分多工存取(Time Division MultipleAcces s，TDMA)技術(shù)，提供空中處理物理與地面處理物理之間的數(shù)字傳送。數(shù)據(jù)傳送服務(wù)的位傳送率是14,400bps，并且是在空中-地面與地面-空中之間的傳送是時分多工的(time multiplexed)。同步的傳送指定與異步的(統(tǒng)計性的復用(statistically multiplexed))操作模式都受支持。同步的指定支持監(jiān)視數(shù)據(jù)的傳送服務(wù)，而異步的指定提供一般的A/G數(shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，該子網(wǎng)絡(luò)支持ATN協(xié)議結(jié)構(gòu)。
對同步指定而言，在某一特定區(qū)段內(nèi)的每一架飛機，在進入某一特定區(qū)段的SACOM子網(wǎng)絡(luò)時，一定會分配到一特定的空中-地面?zhèn)魉唾Y源(專用脈沖串時間)。此專用資源就稱作SACOM同步傳送服務(wù)(Synchronous TransmissionService，STS)。STS服務(wù)模式提供周期性的空中-地面數(shù)據(jù)傳送能力，可以和地面/地面子網(wǎng)絡(luò)互相連接，支持將監(jiān)視位置報告多點發(fā)送到一組地面的ATC中。此同步操作模式適用在與GPS監(jiān)視子系統(tǒng)相互接幾的數(shù)據(jù)連結(jié)層傳送系統(tǒng)。
同步服務(wù)的特點包括，確定的登錄某一特定的SACOM子網(wǎng)絡(luò)、區(qū)段之間無縫地切換(從協(xié)調(diào)連接語音通信系統(tǒng)的某一區(qū)段到另一區(qū)段)、以及預(yù)留的傳送資源來支持周期性的位置報告功能。數(shù)據(jù)與語音通信成對的切換(先前已提過)支持區(qū)段移轉(zhuǎn)時的連續(xù)監(jiān)視報告的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。當這些同步服務(wù)的特性與操作參數(shù)用在支持GPS上的飛機位置報告子系統(tǒng)時，它們可以讓機上任何需要周期性報告服務(wù)保護的子系統(tǒng)來存取。
在異步服務(wù)的指定中(ATN服務(wù)支持)，SACOM數(shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)的功能就像是一提供數(shù)據(jù)傳送服務(wù)給其它的航空子系統(tǒng)的供應(yīng)者。這些服務(wù)就是SACOM異步傳送服務(wù)(Asynchronous Transmission Service，ATS)。ATS服務(wù)在網(wǎng)絡(luò)存取子層上，支持不連接(connectless)模式服務(wù)(CNLS)。它們是在交互網(wǎng)絡(luò)(internetworking)單元(交互網(wǎng)絡(luò)單元在ISO中的定義為一套或多套設(shè)備，或一套設(shè)備的某部份，提供網(wǎng)絡(luò)中繼的功能(也就是，從某一相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)物理中接收數(shù)據(jù)，再送往另一個相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)物理中))中存取，即ATN路由器。ATS數(shù)據(jù)傳送服務(wù)支持ATN的不連接網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議(CLNP)。其它的ATN設(shè)備則提供ATN網(wǎng)絡(luò)層的SNICP。
SACOM的異步服務(wù)在SACOM子網(wǎng)絡(luò)上提供CLNP協(xié)議數(shù)據(jù)單元(protocol data units，PDUs)的傳送。異步的SACOM服務(wù)在DLP/2內(nèi)，提供飛機網(wǎng)絡(luò)層物理與地面網(wǎng)絡(luò)層物理之間的數(shù)據(jù)傳送中繼。異步的操作模式是經(jīng)在飛機與SACOM數(shù)據(jù)控制器(SDC)之間的要求回答機制(request replymechanism)，位于地區(qū)控制設(shè)備(ACF)，來提供。也就是，支持某一特別區(qū)段(SACOM子網(wǎng)絡(luò))的ATS服務(wù)的空中-地面連結(jié)資源，在此區(qū)段中的所有飛機之間以統(tǒng)計特性來復用。ATS服務(wù)的存取是由地面的SCC來安排。ATS空中-地面服務(wù)的要求可以視同周期性的STS空中-地面服務(wù)的一部份來傳送，或是當成分開的要求脈沖串來傳送。要求脈沖串的時間是一由所有飛機共享的資源。要求時隙的存取是經(jīng)溝時隙式的Aloha協(xié)調(diào)機制來取得的。
接下來的部份，將會更詳細的對SACOM數(shù)據(jù)子網(wǎng)絡(luò)中的兩種操作模式(同步與異步)加以說明。
SACOM傳送服務(wù)
SACOM子網(wǎng)絡(luò)界限上可用的抽象的功能組被定義為SACOM數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。SACOM數(shù)據(jù)傳送服務(wù)支持兩種操作模式·同步的傳送服務(wù)(STS)·異步的傳送服務(wù)(ATS)STS服務(wù)提供專用的A/G數(shù)據(jù)傳送能力，和地面子網(wǎng)絡(luò)相互接幾，可以支持周期性的多點發(fā)送到地面的ATC中。這些服務(wù)適用在與GPS監(jiān)視系統(tǒng)相互接口的數(shù)據(jù)連結(jié)層傳送系統(tǒng)。STS服務(wù)的特點包括，確定的登錄SACOM系統(tǒng)、預(yù)留的傳送資源來支持周期性的位置報告功能，以及支持連同語音通信的切換從某一區(qū)段到另一區(qū)段。STS通信服務(wù)與語音通信服務(wù)成對的切換，支持區(qū)段移轉(zhuǎn)時的連續(xù)監(jiān)視報告的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。當STS服務(wù)的這些特性與操作參數(shù)用在支持使用中的飛機位置報告子系統(tǒng)時，它們可以讓機上任何需要確認的、周期性的報告服務(wù)的子系統(tǒng)來存取。
ATS服務(wù)在網(wǎng)絡(luò)存取子層上提供不連接模式的服務(wù)(CNLS)。這些服務(wù)適用在支持ATN的不連接網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議(CLNP)，提供飛機上ATN路由器子網(wǎng)絡(luò)獨立收斂協(xié)議(SNICP)。ATS服務(wù)在A/G子網(wǎng)絡(luò)上提供CLNP協(xié)議數(shù)據(jù)單元(protocol data units，PDUs)的傳送。這些服務(wù)在DLP/2內(nèi)，支持飛機網(wǎng)絡(luò)層物理與地面網(wǎng)絡(luò)層物理之間的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。
同步傳送服務(wù)SACOM STS服務(wù)基于固定數(shù)目的傳送資源之上(長度6秒的同步時分復用超幀內(nèi)的預(yù)留時隙)，并且確保用戶有固定的數(shù)據(jù)速率。在ATN術(shù)語中，STS服務(wù)是一種連接模式(connection mode)的服務(wù)(CONS)。SACOM子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每架飛機都會有一使用中的STS服務(wù)聯(lián)合。這種聯(lián)合在飛機進入SACOM通信子系統(tǒng)的時候便已經(jīng)啟動，而且在此期間始終維持有效。STS服務(wù)是由飛機來啟動，就如同一般SACOM網(wǎng)絡(luò)進入程序的一部份。為了可以取得專用STS服務(wù)脈沖串時間，飛機會互相爭取預(yù)留時隙，采用的方法是溝時隙式的Aloha程序。這個要求的時隙是用來辨識進入SACOM子系統(tǒng)的新飛機，以及啟動其需求服務(wù)的提供。
SACOM數(shù)據(jù)控制器(SDC)，位于子系統(tǒng)的主站臺內(nèi)，其功能就像其區(qū)段內(nèi)的集中式的系統(tǒng)控制器。SDC會處理所有的空中-地面通信的存取與傳送的指定。它會廣播系統(tǒng)通訊線，作為SACOM空中-地面通信流中的一部份。這個系統(tǒng)通訊線會識別SACOM傳送數(shù)據(jù)幀內(nèi)可用的服務(wù)資源與STS服務(wù)要求時隙的位置。某一架進入此區(qū)段的飛機必須取得系統(tǒng)通訊線，辨別適當?shù)姆?wù)預(yù)留時隙并且傳送要求進入的訊息。預(yù)留的Aloha程序用來傳送系統(tǒng)的進入要求。也就是，進來的飛機會隨機地(randomly)從一組預(yù)留時隙中選擇以傳送SACOM服務(wù)要求訊息。SDC會讀取進入請求的空中-地面脈沖串、安排STS服務(wù)次幀內(nèi)新飛機的時間順序，然后將其分配的結(jié)果當成通訊線傳送的一部份傳送出去。一旦完成了一開始的控制連結(jié)，飛機便能登記于專用的此區(qū)段的SACOMST S服務(wù)，并且啟動確認的服務(wù)聯(lián)合。SDC會通知支持ATN發(fā)送功能的網(wǎng)絡(luò)層物理，SACOM A/G子網(wǎng)絡(luò)服務(wù)在SACOM STS服務(wù)聯(lián)合啟動時，便已經(jīng)可以使用。
每一個STS服務(wù)在每一個超幀中都有一個(1)到六個(6)的專用空中-地面?zhèn)魉兔}沖串。STS服務(wù)脈沖串的大小是基本SACOM傳送時隙的整數(shù)倍(每個時隙有156個編碼過的位)。每一個STS脈沖串包括了一個SACOM系統(tǒng)標頭以及一個透明的用戶數(shù)據(jù)字段。STS模式服務(wù)的SACOM系統(tǒng)標頭，包括了，一個保護區(qū)、一個獲得序列(acquisition sequence)、以及一個CNLS模式服務(wù)預(yù)留要求的中繼機制(接下來的部份會有說明)。所以，STS服務(wù)是基于某一特別區(qū)段內(nèi)每一架飛機的資源之上。所有的STS脈沖串都是面向服務(wù)的連接的一部份，并且提供一個專用報告的結(jié)構(gòu)。只要飛機正在向區(qū)段報告，STS服務(wù)聯(lián)合便會一直維持。
異步服務(wù)多數(shù)被提供給空中數(shù)據(jù)連結(jié)的交通負載，自然期望是脈沖串式的。在同步時分復用用來支持脈沖串式的數(shù)據(jù)率應(yīng)用的情形下，數(shù)據(jù)幀內(nèi)多數(shù)的時隙可以不必使用。SACOM通信子系統(tǒng)使用專用傳送資源與共用傳送資源的混合方式。它替STS服務(wù)增加了異步的TDM形式，即所熟知的統(tǒng)計性的(statistical)TDM或智慧型的(intelligent)TDM。此種技術(shù)的統(tǒng)計性復用特性，通過動態(tài)地依需求分配時隙來利用提供的交通負載中的脈沖串性質(zhì)。這SACOM服務(wù)即為異步的傳送服務(wù)(ATS)。
ATS服務(wù)提供數(shù)據(jù)連結(jié)通信資源，其中在某一特定區(qū)段中所有的飛機都可以共同存取相同的傳送資源(TDMA時隙)。在ATN的術(shù)語中，ATS服務(wù)是一種不連接模式的服務(wù)(CNLS)。存取傳送資源(TDMA時隙)是在時間上統(tǒng)計性地復用。SACOM執(zhí)行預(yù)留要求/回答機制，提供有爭論時的解決方式。ATS服務(wù)支持不連接網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(CLNP)的操作模式，如ISO/IEC8473-1中的定義以及ATN手冊中所接受的。SACOM ATS提供的下層子網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是在SACOM子網(wǎng)絡(luò)存取協(xié)議(SNAcP)中來存取。SACOM SNAcP支持SN-UNITDATA原始的與相關(guān)的參數(shù)，如圖14中所示。
原始的參數(shù)會傳送附屬位址的源與目的子網(wǎng)絡(luò)點、服務(wù)參數(shù)的子網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)、以及用戶數(shù)據(jù)的一定數(shù)目的八位字節(jié)。SN-UNITDATA原始的參數(shù)用來描述介于CLNP協(xié)議機器的子網(wǎng)絡(luò)相依收斂協(xié)議(subnetwork dependent conver-genceprotocol，SDCP)功能(如標頭壓縮)與SACOM子網(wǎng)絡(luò)層之間的抽象接口。也就是，SN-Userdata參數(shù)是CLNP協(xié)議機器所組合的服務(wù)數(shù)據(jù)單元。SN-UNIT-DATA的源地址與目的地址參數(shù)會指出附屬飛機與ACF實際子網(wǎng)絡(luò)的SACOM點。這些就是SACOM子網(wǎng)絡(luò)的地址。它們是由CLNP協(xié)議機器的PDU前向(PDU For-warding)功能產(chǎn)生。每一個ATS脈沖串包括了一個SACOM系統(tǒng)標頭以及至少一個SN-UNITDATA的原始參數(shù)。各個脈沖串之間彼此獨立。SACOM數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器(modem)單獨地讀取每個ATS脈沖串，并且只是根據(jù)SACOM發(fā)送SAC-OM系統(tǒng)標頭內(nèi)容來發(fā)送SN-UNITDATA_的原始參數(shù)。
SN-Userdata字段被設(shè)定有序的八位字節(jié)的倍數(shù)，并且會在特定的附加子網(wǎng)絡(luò)點之間傳送。SACOM通信子系統(tǒng)支持的服務(wù)單元大小從八的8個八位字節(jié)的整數(shù)信到1024個八位字節(jié)的整數(shù)倍(一般定義的CLNP協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)大小設(shè)定成64個八位字節(jié)倍)。SN-UNITDATA是由CLNP協(xié)議機器的PDU組合功能所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)層PDU。SACOM子網(wǎng)絡(luò)會使用地址與QOS參數(shù)，以透明的方式來傳送SN-UNITDATA參數(shù)到適當?shù)哪康牡亍?br> ATS服務(wù)被設(shè)計成能夠有效地支持為ATN預(yù)想的及其相關(guān)數(shù)據(jù)連結(jié)應(yīng)用的數(shù)據(jù)量(datagram)服務(wù)。每一個數(shù)據(jù)量(CLNP協(xié)議數(shù)據(jù)單元)是以SN-UNITDATA的原始參數(shù)中的SN-Userdata字段來傳送。連同ATS服務(wù)的每一個不連接傳送，當SN-UNITDATA的原始參數(shù)啟動后，便會要求測量服務(wù)的品質(zhì)。SACOM通信子系統(tǒng)會利用服務(wù)參數(shù)的品質(zhì)來安排A/G傳送要求的時間順序。下列的參數(shù)是SACOM子網(wǎng)絡(luò)處理器調(diào)度算法中所使用的1.傳送延遲(Transit delay)。
2.優(yōu)先權(quán)(Priority)。
3.剩余誤差可能性(Residual error probability)。
4.確定的服務(wù)(Confirmed service)。
傳送延遲的定義是介于源節(jié)點(source node)中SACOM SNAcP子層上SN-UNITDATA的要求抵達后與從SNAcP物理傳送相關(guān)的SN-UNITDATA指令到目的節(jié)點(destination node)所經(jīng)過的時間。
SDC調(diào)度器會利用優(yōu)先權(quán)參數(shù)來調(diào)整一般的先來先服務(wù)隊列次序(first-come-first-service queuing)，以便將空中-地面服務(wù)要求予以復用。SACOM支持八種優(yōu)先等級。優(yōu)先等級的數(shù)量以及計算ATN支持的傳送次序的權(quán)值都是可商議的。這個參數(shù)考慮到了ATN路由器存取的網(wǎng)絡(luò)中，服務(wù)優(yōu)先等級最后的合并。
剩余誤差可能性定義了與用戶傳送相關(guān)的SN-Userdata參數(shù)傳送可以接受的最小誤差率。這個快速的服務(wù)參數(shù)是用來指出ATS服務(wù)的快速模式，后面的章節(jié)會加以說明。
SACOM服務(wù)原始參數(shù)中的確定的服務(wù)參數(shù)，將服務(wù)要求定義為非常的重要，對于必需保護服務(wù)的傳送。這個參數(shù)被用于識別對確認的SACOM CLNS服務(wù)的請求這個ATS服務(wù)原始參數(shù)的特別處理稱為確定的傳送服務(wù)(Confirmed Transmission Services，CTS)。CTS服務(wù)和普通的ATS模式服務(wù)所用的編碼特性相同。不同的是CTS服務(wù)原始參數(shù)的處理同時包括了確認(acknowled-gement)程序。對空中-地面的服務(wù)而言，CTS SN-Userdata參數(shù)的接收會在下一幀的通訊線中做確認。對地面-空中的服務(wù)來說，回送的脈沖串會被調(diào)度來確認CTS參數(shù)的接收。回送的確認則被排進空中-地面的ATS次幀內(nèi)其中一個可用的服務(wù)要求時隙中。
與ATN協(xié)議結(jié)構(gòu)的關(guān)系CLNP，隨著支持選擇適當?shù)腁/G子網(wǎng)絡(luò)連接的A/G路由器，以軟件在DLP/2內(nèi)完成。特殊的A/G子網(wǎng)絡(luò)收斂功能(如標頭壓縮)就如同子網(wǎng)絡(luò)獨立收斂協(xié)議(SNICP)的功能一樣在DLP/2元件內(nèi)完成，稱為IDRP處理模塊(IDRP Manager Module)。特殊的A/G子網(wǎng)絡(luò)，例如模塊數(shù)據(jù)連結(jié)，其另外的SNDCF功能(例如CLNP-to-X.25轉(zhuǎn)換協(xié)議)也是在DLP/2內(nèi)完成。SACOM SNDCF也是設(shè)定成類似的方式完成。也就是說，SACOM子網(wǎng)絡(luò)不需要改變?nèi)魏蜠LP/2網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的機器或SNICP功能。SA-COM接口軟件也可能會如同另一個SNDCF一樣，用類似衛(wèi)星A/G子網(wǎng)絡(luò)的方式在DLP/2內(nèi)完成。
在說明及圖解過較佳的實例之后，本發(fā)明中的各種調(diào)整與修改已經(jīng)變得較為明白，并且本發(fā)明的精神與范圍就如同接下來的權(quán)利要求所定義的。
權(quán)利要求
1.用于空中交通控制器的空中交通監(jiān)視與通信系統(tǒng)，包括數(shù)個地而第一無線電傳收器裝置，每一個第一數(shù)字無線電傳收器裝置都分別地位于一個指定的地理區(qū)段內(nèi)，并且各有一第一頻率頻道來支持其共線數(shù)字語音以及一第二頻率頻道用于支持數(shù)字數(shù)據(jù)頻道來向下連結(jié)相依的監(jiān)視數(shù)據(jù)與向上連結(jié)、向下連結(jié)數(shù)據(jù)通信，所述第一與第二頻率頻道是成對的，因此，每當?shù)孛婷罡鼡Q頻率時，第一與第二頻率頻道都會自動地調(diào)頻到一對新的空中-地面頻率上，數(shù)個空中第二數(shù)字無線電傳收器裝置，每一架飛機上一個，每一個第二無線電傳收器都有相關(guān)的第一與第二頻率頻道，以及導航數(shù)據(jù)源在每架飛機上，所述導航數(shù)據(jù)源包括GPS接收裝置，用于產(chǎn)生飛機的緯度、經(jīng)度、高度、速度、航向與滑行等飛機的導航數(shù)據(jù)，以及將所述導航數(shù)據(jù)源與各個飛機傳收器相耦合以便從第二頻道傳送到多個地面第一無線電傳收器裝置中的至少一個裝置，每一個所述地面第一無線電傳收器裝置都有一個通信控制器來初始化向上連結(jié)數(shù)據(jù)與分解向下連結(jié)監(jiān)視數(shù)據(jù)，并且在飛機所在區(qū)段內(nèi)，向空中交通控制器來廣播該數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1中的空中交通監(jiān)視與通信系統(tǒng)，其中，每一個數(shù)字無線電傳收器裝置包括了用于讓數(shù)字無線電傳收器以10KHZ的頻距操作的裝置。
3.如權(quán)利要求1中的空中交通監(jiān)視與通信系統(tǒng)，其中，所述GPS接收器裝置包括了三冗余的GPS接收器與主要的選擇裝置以確保所述導航數(shù)據(jù)高度的準確度與可靠度，這些是供導航與監(jiān)視使用的。
4.如權(quán)利要求1中的空中交通監(jiān)視與通信系統(tǒng)，其中，每一個數(shù)字音頻傳收器合并了差分QPSK信號調(diào)制(differential QPSK signal modulation)。
5.如權(quán)利要求2中的空中交通監(jiān)視與通信系統(tǒng)，其中每一個無線電傳收器廣播是通過短的傳送脈沖串進行的，該脈沖串有一保護段信號前置信號與一管理/用戶數(shù)據(jù)字段。
6.如權(quán)利要求1中的空中交通監(jiān)視與通信系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括了用于讓傳收器在時分復用存取(time division multiple access，TDMA)模式下操作的裝置，該模式具在超幀，每一個超幀內(nèi)都有數(shù)個次幀存在。
7.如權(quán)利要求6中的空中交通監(jiān)視與通信系統(tǒng)，其中，每一個次幀都有保護段與一個同步的前置信號，后面才是已經(jīng)決定的數(shù)據(jù)格式。
8.用于空中交通控制器的空中交通監(jiān)視與通信方法，包括提供數(shù)個地面第一無線電傳收器裝置，每一個第一數(shù)字無線電傳收器裝置都分別地位于一個指定的地理區(qū)段內(nèi)，并且各有一第一頻率頻道用于來支持其共線數(shù)字語音以及一第二頻率頻道支持數(shù)字數(shù)據(jù)頻道來向下連結(jié)相依地監(jiān)視數(shù)據(jù)與向上連結(jié)、向下連結(jié)數(shù)據(jù)通信，每一個地面第一無線電傳收器裝置都有一個通信控制器來初始化向上連結(jié)數(shù)據(jù)與分解向下連結(jié)數(shù)據(jù)，并且在飛機所在區(qū)段內(nèi)，向空中交通控制器廣播該數(shù)據(jù)，提供數(shù)個空中第二數(shù)字無線電傳收器裝置，每一架飛機上一個，每一個第二無線電傳收器都有相關(guān)的第一與第二頻率頻道，以及導航數(shù)據(jù)源在每架飛機上，導航數(shù)據(jù)源包括GPS接收裝置，用于產(chǎn)生飛機的緯度、經(jīng)度、高度、速度、航向與滑行等飛機的導航數(shù)據(jù)，以及將導航數(shù)據(jù)源與各別的飛機傳收器相耦合以便從第二頻道傳送到多個地面第一無線電傳收器裝置中的至少一個裝置，將第一與第二頻率頻道當成一對，從而，每當?shù)孛婷罡鼡Q頻率時，第一與第二頻率頻道都會自動地調(diào)頻到另一對新的空中-地面頻率上。
9.一個飛機防撞系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1中的空中交通監(jiān)視系統(tǒng)，其中，空中第二數(shù)字無線電傳收器裝置被調(diào)整成用來接收其附近所有其它飛機傳收器的傳送脈沖串，并只提供附近其它飛機的緯度、經(jīng)度、高度、速度、航向與滑行等數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種用于空中交通控制器的空中交通監(jiān)視與通信系統(tǒng)，包括數(shù)個地面第一數(shù)字無線電傳收器，每一個第一數(shù)字無線電傳收器都各自位于一個指定的地理區(qū)段內(nèi)，并且各有一第一頻率頻道來支持共線數(shù)字語音，以及一第二頻率頻道支持數(shù)字數(shù)據(jù)頻道以向下連結(jié)監(jiān)視數(shù)據(jù)與向上連結(jié)、向下連結(jié)數(shù)據(jù)通信。第一與第二頻率頻道是成對的。因此，每當?shù)孛婷罡鼡Q頻率時，第一與第二頻率頻道都會自動地調(diào)頻到另一對新的空中-地面頻率上。該系統(tǒng)還包括數(shù)個空中第二數(shù)字無線電傳收器，各自位于每一架飛機中。每一個第二無線電傳收器都有相關(guān)的第一與第二頻率頻道，以及導航數(shù)據(jù)源在每一架飛機上。
文檔編號G01S13/86GK1145118SQ9519244
公開日1997年3月12日 申請日期1995年2月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月4日
發(fā)明者萊昂納德·舒克曼, 羅納德·布魯諾, 約翰·基法里奧提斯, 史蒂夫·格林伯格, 愛德華·J·扎克熱夫斯基 申請人:斯坦福電訊公司