新航行系统的通信子系统.pptx

,第二级,第三级,第四级,第五级,第,4,章 新航行系统的通信子系统,第,4,章,新航行系统的通信子系统,4.1,新通信系统的构成及特点,4.2 HFDL,方案及其发展状况,4.3 VDL,方案及其发展状况,4.4 AMSS,方案及其发展状况,4.5 ATN,系统及其功能,为了克服现行航行系统的缺点，满足空中交通运输蓬勃发展时空地通信提出的更高要求，许多国家开展了未来空地通信系统的研究，即新航行系统。其研究成果集中反映在,ICAO,的航空移动通信专家组（,AMCP,）历次会议的文件中。,在,1995,年之后，美国在,FAA,的组织下提出天地一体化的新概念,NGATS,，即下一代空中交通运输系统，以解决日益拥挤的空域问题。,4.1,新通信系统构成及其特点,无论现代空中交通管理系统如何发展，人们已经逐渐现在认识到，空地通信将是四种手段并存的局面：,（,a,）甚高频（,VHF,）空地通信；,（,b,）航空卫星移动业务（,AMSS,）通信；,（,c,）高频（,HF,）空地通信；,（,d,）二次监视雷达（,SSR,）的,S,模式数据链。,新通信系统构成及其特点,以上,(a)(b)(c),三种通信方式中都包括数据和语音通信功能。未来,ATS,和,AOC,通信将以数据通信为主，语音通信将逐渐减少，最终达到只在必要时或紧急情况下使用语音通信。空地数据链将来会成为世界范围的航空电信网（,ATN,）的主要子网。在空地通信子网内，以上四种数据链可以交互操作，哪种方式服务质量最好、最有利就自动选用哪种方式。,新通信系统构成及其特点,民航通信系统的业务种类包括航空固定业务（平面通信）和航空移动业务（空地通信）。航空固定通信业务（,AFS,）由航空固定电信网（,AFTN,）来完成，其中包括语音通信和数据通信。国际民航组织,ICAO,认为各国应建立完善的航空固定电信网，新航行系统中的新通信系统则主要强调发展基于数据通信业务的航空移动业务（地空通信）。,新通信系统构成及其特点,国际民航组织的新航行系统,国际民航组织（,ICAO,）于,1983,年底成立了一个未来空中航行系统专门委员会（,FANS-I,）。该委员会经过近五年的努力，,1988,年,5,月在,FANS,第四次会议提交了一份总结报告，建议国际民航组织采纳主要基于卫星技术、数据链和计算机技术的全球新通信、导航、监视,/,空中交通管理系统（,CNS/ATM,）系统，即,FANS,系统。,因此有些人一直称其为,FANS,。,新通信系统构成及其特点,同时，未来空中航行系统专门委员会还提出了一个未来,25,年内在全球协调逐步实施的基本方案。该建议得到了国际民航组织航行委员会的认可，认为有必要继续完善和研究如何在全球协调实施的问题。于是,1990,年国际民航组织又批准成立了,FANS,第二阶段专门委员会（简称,FANS-,）。在,1991,年国际民航组织第十次航行会议上一致通过了,FANS-,的概念和基本方案，并于,1992,年,10,月得到,ICAO,第,29,届大会批准。,新通信系统构成及其特点,FANS-,专门委员会在,1993,年的第四次会议上宣布完成了历史史命，从而全球转入实施未来航行系统的阶段。同时，认为既然已经进入实施阶段，不再是“未来”的系统，所以改称为“国际民航组织的,CNS/ATM,系统”，简称“新航行系统”。此次会议公布了两个典范性文件，一个是“新航行系统”总论；另一个是带有时间进程的“新航行系统全球过滤协调计划”，用以指导今后实施阶段的工作。,新通信系统构成及其特点,ICAO,的,FANS,全球,CNS,概念要点如下：,1),建立一个全球导航卫星系统（,GNSS,），使航路中的飞机能利用卫星发射的信号及时确定自己所处地理位置，包括经度、纬度和高度；,2),在航空电信网（,ATN,）的框架内，提供航空移动卫星业务（,AMSS,）通信，可与,S,模式二次雷达（,SSR,）及,VHF,数据链互用，并允许使用自动相关监视（,ADS,）；,新通信系统构成及其特点,3),在地面进行空中交通管理（,ATM,），包括空域管理。交通流量管理和空中交通服务（,ATS,）。为充分利用数据链，还有人机接口。,4),开发新一代面向比特的高速航空数据链技术，即,GlobaLink,技术，包括高频数据链（,HFDL,）、甚高频数据链（,VDL,）、卫星通信（,SATCOM,）和广播数据二次雷达（,DSSR,）等，满足空中交通管理的话音和数据通信的要求。,新通信系统构成及其特点,新通信系统的特点,新通信系统是一个以星基为主的全球通信的空中交通管理系统，从技术上说，是卫星技术,+,数据链技术,+,计算机网络技术，其所采用的新技术有：第一是卫星技术应用，从陆基通信系统逐步向星基通信系统过渡。,早期阶段先用星基系统作为陆基系统的补充，后期除少数陆基设备作星基系统的备用外，大部分陆基设备将淘汰撤离，逐步以星基系统为主。,新通信系统构成及其特点,第二是数据链的开发利用，实现空,地、地,地可靠的数据交换，并进一步实现空,空数据交换；第三是系统的数字化，计算机处理及联网。,分别来讲时，即是在,HF,通信系统中应用：,1),短波重复覆盖技术，即同一管制区域使用两个（多电台）或更多的短波电台进行重复覆盖，从而使电台波束覆盖率达,92%,以上。,新通信系统构成及其特点,2),频率复用技术，利用频率自适应技术，同时使用不同频率对同一区域进行覆盖。（同一电台多频率）,3),数据通信技术，利用数据通信取代语音通信，数字处理技术（或者语音结合数字处理技术等）。,4),网络技术，将众多短波电台通过网络技术连接起来，实现网络管理。,在航路当中，当,VHF,覆盖不到，,HF,通信效果不好的时候，可采用,AMSS,通信。,新通信系统构成及其特点,在,AMSS,通信系统中：,1),全球波束与点波束覆盖除,75,以上两极之外的所有地面；,2),采用中增益天线，降低设备费用,3),采用全数字结构，并与航空电信网兼容；,4),提供面向比特的数字语音与数据链业务等。,S,模式的,SSR,是一种先进的雷达询问系统，它将,SSR,与数据链相结合，可提供未来自动化空中交通管理所需的监视和通信能力。,新通信系统构成及其特点,在,S,模式的,SSR,中包括一个载频为,1030MHz10kHz,的,S,模式询问器和一个载频为,1090MHz,的,S,模式应答器，分别包含,56,（或,112,）个比特的数据块。,S,模式,SSR,天线每,6,秒钟旋转一周，在其波束覆盖时刻，可以完成与该区域内的飞行器的数据通信过程。,新通信系统构成及其特点,新通信系统的构成,正如前面提到的各种通信手段，新通信系统是建立在现存系统技术上，并逐步过渡以克服现行系统的缺点。,对于通信，,NGATS,空中交通管理（,ATM,）的关键在于双向数据传输，数据通信的媒体可以有四种类型：,1),引进卫星通信，至少先在世界大部分地区实现数据和语音的卫星通信能力。在卫星通信所覆盖极区以前，保留高频（,HF,）通信；,新通信系统构成及其特点,2),保留并发展甚高频（,VHF,）通信，作语音及某些数据通信，用于陆地和终端区；,3),采用,SSR,的,S,模式数据链，在空中交通高密度空域和终端区供空中交通服务（,ATS,）用。,ICAO,正在起草航空电信网（,ATN,）的标准，它将便于所有通信媒体的交互操作。而,ATN,的建立，将地面数据通信和空地数据通信融为一体，将上述四种数据链交连后，在相应计算机系统之间进行高速的数据交换。,新通信系统构成及其特点,新通信系统的效益,由于新通信系统以加强数据通信为特点。按着,ICAO,的,CNS/ATM,方案，通信系统可提供各种的能力，以满足空中交通服务提供者和用户的需要。综合以上原因，新通信系统将在以下几方面产生巨大的效益：,1),地面与机载系统之间的连接将更直接和更有效，使空中交通服务得以改善；,新通信系统构成及其特点,2),将改善经营者、飞机和空中交通服务提供者之间的数据传输与处理，减少各方的工作量；,3),减少信道拥挤；,4),减少由通信错误导致的误差，增强安全；,5),新系统将提供交叉应用的互操作性，只需要极少的航空电子设备，从而节约成本；,6),提供更为精确的数据，减少误码率。,新通信系统构成及其特点,由于新通信系统的以上效益，从而间接地提高了系统容量，机场能力的优化利用，并更为有效地利用空域，更灵活，并能减小飞行间隔，更为动态的制定飞行计划。为各部门之间更加经济、高效运作提供的良好的技术保障。,新通信系统的应用,：,1),引进卫星通信从而实现了世界上绝大部分地区都具备了数据和语音通信能力；,新通信系统构成及其特点,新通信系统构成及其特点,2),在陆基通信系统中，应广泛具备数据通信能力，提高了空中交通管理的效率；,3),全数字通信系统的发展，不仅具备了数字语音功能，而且还能够使机上人员能够进行数据传输，计算机联网和传真功能；,4),此外，由于数据通信能力的提高，除了飞行数据外，包括飞机机身的机械数据（如飞机发动机数据等）及时传到地面控制中心。,新通信系统的未来发展趋势,新旧系统的过渡方针,新系统适用于全球的民用航空，新旧系统之间的时间过渡为,19902010,年，所采取的方针为：循序渐进，平稳过渡，逐步更新替换，保留地区特点，新的引进繁殖，旧的选优利用，改进或自然淘汰。这里强调对新系统的引导，强调全球协作和协调，“既有新系统明确的发展方向和统一标准，又有供选余地。”,新通信系统构成及其特点,新通信系统的未来发展趋势,概括地说，新通信系统就是利用日益强大的数字通信手段，充分发挥,HF,、,VHF,、,AMSS,和,SSR,通信能力，真正实现全球的无间隙覆盖，从而使飞机能够实现“,free flight”,，即“自由飞行”。具体地包括以下几项内容：,1),利用新技术适应未来航行的需求，提高系统容量；,2),对海洋和边远地区形成连续无间隙的覆盖；,3),实现数字式数据交换，改善信息传输管理，提高空中交通管理自动化，创造灵活、高效的空中交通环境；,新通信系统构成及其特点,4),提高管制的实时性，应变性，获得更好的动态空域，从程序管制过渡到战术性管制；,5),扩展监视作用，在保证安全的情况下减小飞行间隔，更有效地利用空域；,6),提高精密定位能力，有利于实现四维导航和区域导航扩展短捷直飞航线，扩大飞行自由度，节约飞行时间和燃料。短捷直飞航线，扩大飞行自由度，节约飞行时间和燃料；,新通信系统构成及其特点,到自由飞行最终应用时，将涉及飞机的整个过程，这一过程从在出发机场停机坪启动发动机开始到在终点机场停机坪关闭发动机为止。飞机在起飞、爬升、巡航、下降、进近和着陆时安全地与空中所有其它交通分隔开。将每架飞机,分隔开,是自由飞行的主要论点。空管的下限就是在飞机之间保持安全间隔，这是关键所在。,自由飞行中，每架飞机可在任意方向和任意高度上以任意速度飞行，并可在任何时间里对方向、速度和高度中任何一项或全部进行变更。,新通信系统构成及其特点,“,冲突探测器”可以保证自由飞行的实现，其目的是解决飞行中的冲突。在飞机周围建立两个三维同轴“蛋形”空域包。一旦出现空域包会集现象，空中交通管制员会得到有潜在冲突的报警。,自由飞行最感兴趣的航空电子设备包括,ADS-B,，,CDTI,（驾驶舱交通情报显示器）、,VHF,数据,/,语音电台和,WAAS,兼容,GPS,。,自由飞行的,优点,是利用现有系统潜在的仪表飞行规则坐标网格锁定广播，可使航空公司实现财政节省。,新通信系统构成及其特点,从技术上说新通信系统是：卫星技术,+,数据链技术,+,计算机网络技术。在从现行通信系统向以星基系统为主的通信系统过渡中，将重点开发、利用数据链技术，实现空,地、地,地可靠的数据交换，并进一步实现空,空数据交换；同时相应的系统全部实现数字化，计算机处理及联网。而通信设备及信息的数字化是新通信系统实施的前提基础，所以数字信号通信是一个日益重要的技术。,新通信系统构成,陆基通信方式,数字传输有胜于其它方式的许多优点，它包括：,1),较容易且能有效地实现多路信号复用或“分组”处理数字消息以便接转；,2),数字系统对转发噪声较不敏感，而对模拟系统来说，这通常是一个问题；,3),有可能使用检测和纠错技术而得到极低的差错率和高保真度。,新通信系统构成,陆基通信方式,4),较容易实现保密通信；,5),运用数字部件的灵活性，允许采用微型和小型处理机、数字开关及大规模集成电路等。,新通信系统构成,陆基通信方式,4.2 HFDL,方案及其发展状况,在,1992,年之前，,HF,通信在,ICAO,的,CNS/ATM,系统方案中还被放在将被淘汰之列，原因是,HF,通信存在诸多的缺点，而当时的民航通信技术手段还不能够有效地克服，并且频谱窄，信道拥挤不堪，干扰严重。然而由于近年来,HF,通信技术的突破性进展，采用了自适应选频技术，可靠性大为提高。在,1994,年的航空移动通信专家组（,AMCP,）第三次会议上，,HF,数据通信用于民航空地通信的可靠性问题又重新提上了议事日程。,由于卫星通信在高纬度地区，如纬度大于,75,时不能达到波束对地面的理想覆盖，因此其通信的可用性下降，即,RCP,下降。为了弥补卫星通信波束覆盖问题，,HF,数据通信方式再次进入空中管制研究者的视线。,九十年代初，存在高纬度地区空中管制问题的加拿大、冰岛、瑞典、美国研究了,HF,数据链用于海洋和建立地区空地通信的情况。并且在,1993,年开始了在北大西洋空域试用,HF,数据链，实验结果表明：效果很好。,HFDL,方案及其发展状况,目前的民用航空地面及空中客机通常都配备两套高频通信系统，用于与地面电台或者其它飞机进行远程通信。驾驶员在选择工作频率和工作方式之后即可进行发射和接收信号。高频系统的工作频率范围为,230MHz,，频道间隔为,1kHz,。高频通信系统的工作方式分为标准调幅、单边带、电报或数据链方式。,高频通信系统应主要包括的组件：高频控制板、高频收,/,发信机，天线等部件，其中每个高频系统都连接至音频选择盒，话筒和耳机。,HFDL,方案及其发展状况,高频系统部件说明,1),高频控制板：用于选择工作频率和工作方式；,2),高频收发信板：使用收发信机可在飞机上进行单边带、语音和数据通信；,3),天线控制器：只有保持天线阻抗与传输线阻抗匹配和监测系统工作状态的功能；,4),天线用于发射或接收射频信号。,HFDL,方案及其发展状况,HF,通信系统信道上的数据传输,多径传播时数据传输,前面对电离层反射信道的分析已经表明，,HF,信道存在严重的多径效应。它所引起的接收信号随机起伏（衰落），会对数据传输的性能产生较大的影响，同时多径传播引起的码间干扰还严重地限制了数据信号传输速率的提高。,为了说明多径传播对所传送数据信号波形的影响，假设信道存在三条传播路径，它们的传播损耗相等，但延时分别为,HFDL,方案及其发展状况,假定所传输的数据信号是宽度为,T,的矩形波。接收信号由来自三条路径信号分量叠加而成。合成信号波形的宽度已展宽为 ，下面我们分两种情况来讨论：,1,、若 ，即传送的脉冲信号的宽度较宽，接收合成信号波形的宽度并没有明显增加。但由于,是,ms,量级，而,HF,载波周期为,s,量级，因此各条路径信号的相位差将使接收合成信号产生干涉性衰落。,HFDL,方案及其发展状况,2,、若,T,较小，不满足 的条件。这时除了出现上述接收信号的衰落以外，接收信号脉冲宽度还明显增大。在数据传输系统中，通常发送的脉冲宽度,T,为数据信号序列中相邻码元的间隔。因此，接收脉冲信号宽度的展宽，意味着前、后码元之间出现重叠现象，称其为码间干扰。,HF,电高层信道在最佳工作频率（最高可用频率的,85%,）时，也在,0.5,ms,以左右。,HFDL,方案及其发展状况,若要 ，此如,T,=5,ms,，相当于高频数据传播数率为,200,波特（即每秒传送,200,个脉冲），也就是说，在（,HF,）短波信道上最多能以,200,波特速率传输数据，这是,HF,（短波）信道对数据传输速率的严重限制。对于以更高的速率传播，比如,2400bps,的信息速率传输时，必须采取一定的技术措施。,HFDL,方案及其发展状况,HF,通信系统信道上的数据传输,多路并行传输体制,HF,信道中数据传播的多路并行体制是将话路带宽,1kHz,，分为多个低速并行信道，它们以各自的副载波进行低速率的数据传输。由于传输速率低，码元间隔（或脉冲宽度）,T,，码间干扰较小，而一个话路内等效的数据速率并不低。,HFDL,方案及其发展状况,CCIR,建议的,HF,单边带话路内音频电报体制，是一种多路并行体制的数据供输系统。它以,15,个副载波（间隔为,170Hz,）分为,15,路，每路传输,50100,波特的电报。,多路并发体制避免了多径传播引起的码间干扰，技术成熟，成本低，至今仍被广泛采用。但发射端多路信号并发，分散了发射机的功率。,HFDL,方案及其发展状况,HF,通信系统信道上的数据传输,串行传输体制,HF,信道数据的串行体制是指在一个话路内，以诸如,2400bps,速率串行传输数据的方案。串行体制消除了并行体制中发射功率分散的缺点，而且对发射机非线性互调失真并不敏感。然而由于信道多径传播引起的码间干扰十分严重，必须采取相应的技术措施加以解决。,HFDL,方案及其发展状况,HF,通信系统的新技术,重复覆盖技术,短波传播以天波为主。电离层对短波（,HF,）的吸收比较小，因此短波可利用天波传播很远的距离；而地面对短波的吸收比较大，故地波传播距离近。,所谓天波即电波由发射天线向空中辐射，遇到电离层后反射到接收点，这种传播方式被称为天波传播；而地波是电波沿地球表面传播到接收点，称为地波或称表面波。,HFDL,方案及其发展状况,短波的传播有时会出现,静区,，发射点,A,发出的地波传播距离近，并能到达,B,点，而由,A,点发出的天波，又只能到达比,C,点更远的地区，这样在地波到达不了，天波又超过的区域,BC,就收不到信号，形成静区。,为了克服静区的存在，应在同一管制区内使用两个或更多的短波电台进行重复覆盖。通常两个电台的覆盖率达,92%95%,，三个电台则可达,99%,。这样不仅能够消除寂静区的存在，而且还能够提高管区的管制效率。,HFDL,方案及其发展状况,HF,通信系统的新技术,频率复用技术,在设计短波通信线路时，工作频率采用接近于最高可用频率是合适的。这是因为，低频率的电波将受到较大的吸收损耗。同时，对于较低频率的电波，电离层的各分层都可能对它产生反射，多径传播效应严重。整个电离层的最高可用频率实际上为电子密度最大的,F2,层的最高可用频率。如果较高的频率（均穿透,D,，,E,，,F1,层），而在,F2,层上又只有一个反射点，理论上则只有一条传播路径，从而避免了多径传播带来的种种弊端。,HFDL,方案及其发展状况,实时探测信道参数，自动地将信道加换到最好的信道上（称为自适应实时选频），才能获得最佳通信效果,利用频率预报得到的频率数据，调整各个电台的工作频率，使它们工作在最佳信道状态下，飞机在该区域内飞行时，可同时接收到不同电台的不同频率，选择最好的频率进行通信，这是克服多径效应的技术措施。,此外，还可以采用自适应的均衡的方法，消除码间干扰的影响。,HFDL,方案及其发展状况,HF,通信系统的新技术,数据通信技术,利用数据通信取代语音通信，实验表明，,HF,数据链可与,AMSS,数据链互补，具有双重的,AMSS,系统可用性为,98.9%,，加上,HF,数据链后，可用性达,99.9%,。,HFDL,方案及其发展状况,HF,通信系统的新技术,网络技术,将短波电台通过网络技术连接起来，实现网络管理。,一种可选的方案为：在全世界范围内设,1516,个,HF,地面电台，理论上可以管理,2000,多架飞机，其中太平洋区域六个地面台，管理,800,多架飞机，大西洋区域五个地面台，管理,650,多架飞机，印度洋和亚非地区,45,个地面台，管理,500,多架飞机，共用,4860,个频率，进行实时协调，即可达到很好的通信效果。,HFDL,方案及其发展状况,该方案要求每个地面台同时使用,36,个频率工作（有的频率由两个或,3,个台共用）。为了使飞机能够方便地选用一个传播性能好的频率，即有些地面台在每个发射的频率上，每,32,秒钟在特制的呼叫分组内广播信道控制数据。飞机将接收、评估此数据，并据此选择一个频率。允许飞机自由地与任一地面台在任一频率上通信，而不管此地面台位于何处，因此系统可有效、可靠地工作。高频数据链（,HFDL,）的速率有,300,、,600,、,1200,、,1800,和,2400bps,几种，实验室已经达到,9.6kbps,。,HFDL,方案及其发展状况,高频数据链路协议（,HDLP,）说明,HDLP,的,R-CF,协议允许操作员发射传真、图象和用标准微软工具编辑的文件。相关的协议实施软件在微软的操作系统下运行。,该,HDLP,协议独立使用,MIL-STD-188-110A,或者使用,STANAG-4285,波形。这种,ARQ,协议提供用允许,2400bps,速率的调制解调器传输数据速率为,1900bps,的能力（,STANAG-4285,或,MIL-STD-188-110A,）。,HFDL,方案及其发展状况,这个,HDLP,协议用于传输文件、图象和传真。,R-CF,协议管理数据速率、帧长度和与高频扰动有关的信道。,对于高频（,HF,）无线电数据通信，,HDLP,是一个运行在,Windows NT,下的软件，就如同,ISO/IEC 8886,标准定义的那样，它可提供开放系统互联（,OSI,）的数据链路层服务，亦可以被设计成为插入于,OSI,堆栈的数据链路层的去组成下列任意一种：,至其它媒质的高频网关与高频（,HF,）数据终端,HFDL,方案及其发展状况,HDLP,应用软件的原理,HDLP,综合及应用,HFDL,方案及其发展状况,高频调制解调器,和无线电接口,ISO8886,接口,Windows,APIs,调制解调器,与射频控制,数据,管理,应用层和网络层,应 用,X.25,TCP/IP,ETC,RADIO,MODEM,RADIO,MODEM,HDLP,HF,终端,HF,网关,HDLP,到,/,来自,HF,到,/,来自,HF,到,/,来自,其它媒质,HDLP,协议功能说明,HDLP,的目标是在数据链路层处理,HF,通信特性，然后允许其它层使用现存的标准和现货供应的商业产品。,HF,特性与严酷的传播条件及低信道容量有关。,HDLP,已经被设计成为最佳化使用信道资源。同时,HDLP,控制,HF,调制解调器及无线电设备，并且自动适应发射参数，包括传播特性变化时的信道频率，以使吞吐量最大。它提供可选择自动请求重发（,ARQ,）和自动链路维护（,ALM,）。,HFDL,方案及其发展状况,它的自动链路维护（,ALM,）功能提供自动发射参数优化、链路复原和应付突发链路扰动、干扰和信道衰落的鲁棒性。,HDLP,将被安装进带有硬盘能运行,Windows NT,的,PC,中，并且与,V.24/V.28,串行同步输入,/,输出卡相连，该卡装备一个,Windows NT,驱动器，而且提供与物理层,/HF,调制解调器（,Modem,）相连的数据接口。这个,I/O,卡将与,HDLP,一同交付。,HFDL,方案及其发展状况,通过它们的特定动态链路库控制无线电设备和,Modem,而且将使用,PC,机的标准串行输入,/,输出异步口。,HDLP,将在,PC,机的图形用户接口（,GUI,）上产生一个,Windows NT,窗口，以便管理操作（预置、维护和状态监测）。较高层,ISO 8886,接口将使用原始软件和,Windows NT,管道。,HFDL,方案及其发展状况,HDLP,通用关系流图,HDLP,功能实现过程,如右图所示。,HFDL,方案及其发展状况,HDLP,通用关系流图,Windows NT GUI,应 用,数据,管理控制,ISO 8886,接口,HDLP,同步,I/O,卡控制,无线电,Modem,控制,控制,数据,I/O,卡驱动器,Modem,和,/,或无线电,V.24/V.28,串行,控制,DLL(s),异步,PC,串行异步接口,接口卡,无线电和,Modem,控制,Modem,和,/,或无线电,在两个不同物理位置的两个,HDLP,将能够在它们之间建立一逻辑链路，这意味它们能够进行可靠的数据交换。被这样的逻辑链路连接的两个,HDLP,被称为配对,HDLP,。,许多,HDLP,用户（每个,ISO 8886,接口可至,8,个）将能够通过数据链路业务访问节点（,DLSAPs,）连接至每个配对,HDLP,。每个,HDLP,用户将能够在它的,DLSAPs,和配对,HDLP,的,DLSAPs,之间设置一,bijective,全双工数据链路连接（,DLC,）。,HFDL,方案及其发展状况,每个数据链路连接（,DLC,）应给出排队模型，该排队模型在,ISO 8886,的第,9,段中描述过。在两个配对,HDLP,之间的逻辑链路连接将以半双工模式运行。,HFDL,方案及其发展状况,用户,8,用户,1,从,A,至,B,的排队,至,8,个,DLCs,从,B,至,A,的排队,从,A,至,B,的排队,从,B,至,A,的排队,HDLP B,HDLP A,DLSAP8,DLSAP1,用户,8,用户,1,DLSAP8,DLSAP1,HDLP,和,ISO 8886,排队模式,在两个配对,HDLP,之间的逻辑链路是一虚拟连接。配对,HDLP,之间的交换将使用由串行,I/O,卡、,HF Modem,和无线电设备及天线组成的较低级物理层。这个模型是由,ISO 7498,定义的,OSI,模型。,两个配对,HDLP,交换协议数据单元,(PDUs),，在,HDLP,执行数据链路层功能的情况下，该单元被称为数据链路协议数据单元,(DLPDUs),。那些,DLPDUs,通过虚拟链路应用较低物理层的交换业务。我们注意到，每一配对子网也通过虚拟逻辑链路进行较低层的业务连接。,HFDL,方案及其发展状况,HDLP,也与邻近的上层或下层交换基本数据单元（,Primitives,）或者服务数据单元（,SDUs,）。与上层交换的基本数据单元是数据链路服务数据单元（,DLSDUs,），而与较低的物理层交换的基本数据单元是物理服务数据单元（,PSDUs,）。那些,PSDUs,允许：,1)HDLP,控制物理层,2)HDLP,将,PDUs,包装后，以便使用物理层业务传送至配对,HDLP,。,HFDL,方案及其发展状况,HDLP,的链路组织结构,HFDL,方案及其发展状况,HDLP,用户,Primitives:DLPDUs,网络层,数据链路层,逻辑链路,HDLP,DLPDUs,交换,物理层,逻辑链路,逻辑链路,物理链路,Primitives:PSDUs,驱动器,I/O,卡,HF Modem,无线电,HDLP,用户,Primitives:DLPDUs,HDLP,Primitives:PSDUs,驱动器,I/O,卡,HF Modem,无线电,当一个非连接的,HDLP,接收到一个,DLC,的请求（一个,DL,连接正如,ISO 8886,请求一样），它首先与配对,HDLP,建立逻辑链路来支持,DLC,的这个请求。为了做到这些，,HDLP,将送给物理层一个,PSDU,，请求建立相应的物理链路。物理层用自动链路建立功能（,ALE,）建立物理链路。一旦物理链路建立起来，,HDLP,将与配对,HDLP,建立逻辑链路，通过交换对应的链路建立,DLPDUs,。这些,DLPDUs,用物理层的业务进行交换：它们被包装入,PSDUs,后通过物理层。,HFDL,方案及其发展状况,一旦两个配对,HDLP,建立起逻辑链路，这个逻辑链路将通过它们之间的连续,DLPDUs,交换来维持。这种连续交换将允许,HDLP,连续地自适应调整链路参数以便对付传播性能的变化。,当两个配对,HDLP,通过逻辑链路连接起来时，就其将使用相同的逻辑链路而言，它们将接受并支持任何,DLC,请求至最大值,8,个。任何,DLC,请求到另外一个,HDLP,的将被摒弃。,HFDL,方案及其发展状况,在两个配对,HDLP,之间的逻辑链路仅在下列情形被切断：,1),无更多的,DLC,支持,2),超时后连接丢失,为了连至其它,HDLP,，,HDLP,用户将首先断掉所有已建立的,DLCs,。,每个,DLC,根据适当的优先级序来建立。,HDLP,将按其相应的优先等级指配给每一个,DLC,总吞吐量的一部分。,HFDL,方案及其发展状况,HFLP,将可能有两种工作模式：,1),最大吞吐量模式 优先级首先分配给最大吞吐量，然后再给最小功率，以便获得最大吞吐量。,2),最小功率模式 优先级首先分配给最小功率，以便用最小可接受数据速率传送数据，然后是再给数据速率和帧长度以优先权，以便获得最小吞吐量。,HFDL,方案及其发展状况,高频数据链路协议对应不同帧长度的吞吐量和误比特率曲线,HFDL,方案及其发展状况,吞吐量与误比特率和帧长度曲线,4.3 VDL,方案及其发展状况,目前用于,ATS,和,AOC,语音的,VHF,通信，是属于,“,视距,”,范围内的通信，它的良好运行可靠性，以及对,kHz,为信道间隔所能提供一定数量的信道，使它成为许多陆地管制区域中安全通信的基础，尽管在某些国家存在着受到在此频率上的调频商业广播信号干扰的情况，而且未来还有饱和的可能。因此，要进一步争取改善,VHF,频段的利用。,用作,AOC,的（面向字符协议）,VHF,数据链通信已由一些航空公司和商业飞行使用多年。目前利用,VHF,数据链作,ATS,应用也已实施。希望今后还将增加。实践表明利用,VHF,数据链作,ATC,应用可以减少对语音通信的要求和减少通信差错。新的系统（即高数据率，面向比特，,ATN,兼容）正在开发中，预计在不久即可使用。,由于陆基设备的服务可能比卫星服务的费用低，因而这是在有陆基设施的地方继续使用陆基服务的重要因素。,VDL,方案及其发展状况,航空,VHF,频段在,118137MHz,，最高的四个频道保留给,VHF,数据链（,VDL,），即,136 137MHz,。,对新,VHF,空地通信系统（包括语音和数据）的要求：,1),不降低安全性，并力求改进；,2),不能同时提供语音通信和数据链业务；,3),力求降低机载无线电设备的成本；,4),地面基础设施应力求增加容量和功能，同时有可接受的成本和复杂性；,VDL,方案及其发展状况,5),具有简单的人,机接口，语音通信应能模仿现行的,PTT,方式；,6),空地通信应为地速高至,850,节（,kt,）的飞机服务；空,空通信应为相对速度高至,1200,节（,kt,）的飞机服务；,7),地面台应能与,200,海里（,NM,）内的飞机通信；,8),应在考虑频谱效率的同时支持区域覆盖的要求，而且不增加飞行员和管制员的工作负担，亦不降低通信可靠性；,VDL,方案及其发展状况,9),应有能力在,VHF,频带内同时对几个,ATS,空域提供服务；,10),应尽量减少,Stick Microphone,（话筒粘着）效应引起的电路阻塞；,11),应具有测向功能。在选定区域内能确定高于,2000,英尺装有,VHF,收发信机的飞机位置；,12),应采取安全措施，防止未经授权的用户利用话音和数据链；,13),应提供比现行系统更强的防射频干扰能力；,VDL,方案及其发展状况,14),应具有勿动通信功能，以减轻用户工作负荷；,15),应便于从现行系统分阶段过渡到新系统；,16),可以和现行系统共存；,17),增加控制信道争用的机制（例如先服务，或者通过信令将信道让给优先权高的用户）；,18),应具备自动管理功能，亦可人工操纵；,19),应具备有对单架飞机和一组飞机寻址的能力，不一定要应答；,VDL,方案及其发展状况,20),语音服务可用性（,Availability,）为,0.99999,，数据服务可用性为,0.999,；,21),应支持地对空语音与数据链广播（例如用于自动终端情报服务（,ATIS,），自动气象观测系统（,AWOS,）和自动场面观测系统（,ASOS,）。,概括起来，上面的,21,个方面说明了数据链系统的安全性、兼容性、可用性及性能。,VDL,方案及其发展状况,新,VHF,基地通信系统性能要求：,1),应提供至少是现行系统两倍的容量，因为现行系统在终端区域已经或者正在趋向饱和；,2),应支持一群飞机共用一个信道的功能，即信道的时分多址,TDMA,工作方式，将一个信道分成若干个时隙，以便随时争用；,3),应支持透明的空对空通信功能；,4),语音通信应清晰可懂，并有用户可接受的质量；,VDL,方案及其发展状况,5),应有能力给每个管制员,/,鉴派员及其有关的机群提供专用空地语音电路；,6),从发端输入音频到收端输出音频的时延应小于,250ms,；,7),在,PTT,激活后不发生音频剪切现象；,8),除分别寻址外，任何未来系统不应强行限制每个讲话组（即同一扇区）的机载用户权；对于分别寻址，每个电路应能适应至少,50,个机载用户；,VDL,方案及其发展状况,9),应支持飞机按其需要加入任何交谈组；,10),应能支持紧急通信；,11),应支持语音电路按优先等级接入；,12),应以节约频谱的方式支持广域语音覆盖。,VDL,方案及其发展状况,新,VHF,空地面通信系统数据链的性能要求：,1),所有用户都可以利用数据链；,2),应支持各种长度的信息电文，至少有传送,24,字节应用数据的能力；,3),应支持数据链通信亦分优先等级；,4),终端用户得到一份含有不可检测错误的电报的概率应等于或小于,1,10,-8,；,VDL,方案及其发展状况,5),少于,24,字节应用数据的电报应以,0.95,的概率在,1s,内传送，以,0.999,的概率在,5s,内传送；,6),应与,ATN,兼容；,7),应能用单一频率覆盖一个任意大小的空域。,VDL,方案及其发展状况,新,VHF,空地通信系统的特点：,1),全数字化；,2),同一设备可同时提供语音和数据链通信；,3),在同一射频信道上可同时通话与通数据；,4),具有呼叫排队功能；,5),紧急电文优先功能。,VDL,方案及其发展状况,现行,VHF,空地通信系统的改进,针对现行系统的缺点，国际上正在研究对现行,VHF,空地通信系统进行延期和远期改进，在此基础上，选出来未来,VHF,空地通信系统的候选方案。我国各相关研究机构也在努力对现行系统进行研究，以期待性能进一步提高。,VDL,方案及其发展状况,VDL,近期改进,近期改进主要是针对在某些地区,VHF,信道已趋于饱和（例如西欧），或不久将趋于饱和（例如北美）。需提高频谱利用率，同时更考虑便于实施和过渡，允许在一个较长的过渡期内，现行系统和改进系统可以共存。我国目前主要还是提高,VHF,通信的抗干扰性能。,近期改进的主要措施如下：,1),改进频率指配准则；,VDL,方案及其发展状况,2),利用其它设备（例如导航设备）和频率,VHF,广播，节省部分广播信道；,3),减少紧急频率,121.5MHz,的保护频带；,4),频谱利用最佳化，必要时重新研究各地面台的频率指配计划；,5),充分利用,136,137MHz,；,6),充分利用,25kHz,信道；,VDL,方案及其发展状况,7),为,ATIS/AWOS/ASOS,预留特殊频率；,8),降低地面发射机的功率；,9),多用空地数据链，少用语音信道；,10),减小对多台其始时的频率限制；,11),增强抗干扰能力。,VDL,方案及其发展状况,VDL,远期改进：,作为远期改进，必须考虑许多因素，应尽可能满足近期改进提出的要求和希望具有的特性，特别是有关增强安全、增加容量、降低成本、数,/,话兼容方面的要求。同时应考虑便于从现行系统向新系统过渡，不改变,ATS,的工作方式。目前提交给,ICAO,关于,VDL,远期的改进主要有以下七种方案可供研究：,VDL,方案及其发展状况,1),系统,1,：语音：,12.5kHz,双边带调幅、,数据