第2章 通信系统

1、新航行系统导论新航行系统导论 Introduction to CNS/ATM 第第2章章 通信系统通信系统 2.1 2.1 概述概述 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 Introduction to CNS/ATM 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 中国民航大学 CAUC 2.1 2.1 概概 述述 航空固定业务通信系统（平面通信）航空固定业务通信系统（平面通信） 航空移动业务通信系统（空地通信）航空移动业务通信系统（空地通信） 航空固定业务（航空固定业务（AFS）是指在固定地点之间的电信业务，在我国）是指在固定地点之间的电信业务，在我国 被称为航空平面通信业务。被

2、称为航空平面通信业务。 由航空固定电信网（由航空固定电信网（AFTN）来完成，并逐步向）来完成，并逐步向CNS/ATM所倡导所倡导 的航空电信网（的航空电信网（ATN）过渡。）过渡。 航空移动业务指航空器电台与航空地面对空电台之间或航空器电航空移动业务指航空器电台与航空地面对空电台之间或航空器电 台之间的无线电通信业务，在我国被称为航空地空通信业务。台之间的无线电通信业务，在我国被称为航空地空通信业务。 包括甚高频（包括甚高频（VHF）通信、高频（）通信、高频（HF）通信和航空移动卫星业）通信和航空移动卫星业 务（务（AMSS） CNS/ATM系统中的系统中的“C”，主要是指空地通信系统，主要

3、是指空地通信系统 中国民航大学 CAUC 2.1 2.1 概概 述述 空中交通服务（空中交通服务（ATS）通信）通信 航务管理通信（航务管理通信（AOC） 空中交通管制部门与飞机之间的通信，包括：放行许可，放行证空中交通管制部门与飞机之间的通信，包括：放行许可，放行证 实，管制移交，管制移交证实，飞行动态，自动相关监视（实，管制移交，管制移交证实，飞行动态，自动相关监视（ADS） ，航行通告，天气报告，航路最低安全高度告警，飞行计划申请与，航行通告，天气报告，航路最低安全高度告警，飞行计划申请与 修订，地面管制，塔台管制，离场管制，进近管制，航路管制，飞修订，地面管制，塔台管制，离场管制，进近

4、管制，航路管制，飞 行员位置报告，终端自动情报服务及其他飞行服务业务。行员位置报告，终端自动情报服务及其他飞行服务业务。 飞机运营部门与飞机之间的通信，包括：气象情况，飞行计划数飞机运营部门与飞机之间的通信，包括：气象情况，飞行计划数 据，飞行员据，飞行员/调度员通信，飞行情报，维修情况，公司场面管理与调度员通信，飞行情报，维修情况，公司场面管理与 放行，登机门指派，飞机配重，除冰，飞行中紧急情况，机体及电放行，登机门指派，飞机配重，除冰，飞行中紧急情况，机体及电 子设备监测数据，医药申请，改航情报，滑行，起飞与着陆情报，子设备监测数据，医药申请，改航情报，滑行，起飞与着陆情报， 发动机监测数

5、据，位置情况，起飞、延误情报等。发动机监测数据，位置情况，起飞、延误情报等。 中国民航大学 CAUC 2.1 2.1 概概 述述 航空行政管理通信（航空行政管理通信（AAC） 航空旅客通信（航空旅客通信（APC） 飞机运营部门与飞机之间的通信，包括：设备与货物清单，旅客飞机运营部门与飞机之间的通信，包括：设备与货物清单，旅客 旅游安排，席位分配，行李包裹查询等。旅游安排，席位分配，行李包裹查询等。 空中旅客与地面之间的通信，包括机组人员的私人通信，有话音空中旅客与地面之间的通信，包括机组人员的私人通信，有话音 、数据、传真等。、数据、传真等。 安全通信安全通信 ATS通信通信 AOC 非安全通

6、信非安全通信 AAC APC 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 所谓所谓现行空地通信系统现行空地通信系统，是指那些在，是指那些在ICAO制定并通过制定并通过 CNS/ATM方案之前已有的空地通信系统。方案之前已有的空地通信系统。 甚高频（甚高频（VHF）空地通信系统，主要是话音通信。）空地通信系统，主要是话音通信。 高频（高频（HF）空地通信系统，主要是话音通信。）空地通信系统，主要是话音通信。 VHF数据通信系统，指飞机通信选址报告系统（数据通信系统，指飞机通信选址报告系统（ACARS）。）。 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现

7、行空地通信系统 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 图片说明图片说明：这是澳大利亚悉尼的一个：这是澳大利亚悉尼的一个HF地面站，图中高耸的是地面站，图中高耸的是 HF天线架，天线架，HF天线设在天线架顶端。天线设在天线架顶端。 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 高频（高频（HF）通信是一种廉价的远距离通信手段，曾被广泛）通信是一种廉价的远距离通信手段，曾被广泛 应用于政府、外交、气象和军事等专业部门应用于政府、外交、气象和军事等专业部门 。 对于民用航空，在上世纪九十年代之前，超视距航空通信对于民用航空，在上世纪九十

8、年代之前，超视距航空通信 的唯一手段是的唯一手段是HF通信。通信。 目前民航的目前民航的HF通信主要用于两种情况，一是作为卫星通信通信主要用于两种情况，一是作为卫星通信 的补充和备份系统，二是作为国家领导人出访时的远程保密的补充和备份系统，二是作为国家领导人出访时的远程保密 通信系统。通信系统。 目前民航的目前民航的HF通信以话音通信为主。通信以话音通信为主。 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 调制方式：单边带（调制方式：单边带（SSB）调制）调制 航空移动通信用的航空移动通信用的

9、HF频带是频带是2.8MHz22MHz，频道间隔为，频道间隔为 1kHz，一般的，一般的HF通信系统具有通信系统具有200个航空信道和个航空信道和195个海用信个海用信 道。道。 发射功率：发射功率：150W（峰包）左右（峰包）左右 服务范围：服务范围：1002000nm 电波传播方式：天波电波传播方式：天波 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 对于单音调制信号对于单音调制信号u(t)=Amcos mt，载波信号为，载波信号为u(t)=cos ct， 则则SSB信号为：信号为： SSB( ) cos () 2 m cm A stt 中国民航大学 CAUC

10、2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 通信距离很远通信距离很远 HF信道一向被认为是性能恶劣的变参信道，导致信道一向被认为是性能恶劣的变参信道，导致HF通信很不稳通信很不稳 定，通信质量差。定，通信质量差。 1992年年10月，月，ICAO在第在第29届大会批准的届大会批准的CNS/ATM实施方案中，实施方案中， 曾把曾把HF空地通信列入淘汰的通信方式。尽管空地通信列入淘汰的通信方式。尽管HF话音话音通信不可能包含通信不可能包含 在在CNS/ATM中，但由于近年来中，但由于近年来HF数据数据通信技术的突破性进展，采用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，因此

11、，了自适应选频技术，可靠性大为提高，因此，1999年年11月月4日日ICAO对对 “附件附件10”进行的第进行的第74次修订中，次修订中，HF数据链数据链的的SARPs已正式纳入已正式纳入“附附 件件10”之中，至此，高频数据链（之中，至此，高频数据链（HFDL）已成为新空地通信系统中的）已成为新空地通信系统中的 一名正式成员。一名正式成员。 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 图片说明图片说明：NARCO公司生产的机载公司生产的机载VHF电台电台 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 甚高频（甚高频（VHF）地空通信是

12、一种优秀的通信方式，它是现行）地空通信是一种优秀的通信方式，它是现行 ATM中应用最广泛的空地通信方式，能提供快捷、便宜而可靠中应用最广泛的空地通信方式，能提供快捷、便宜而可靠 的空地视线范围内的通信。的空地视线范围内的通信。 在我国在我国VHF通信覆盖了绝大部分国内航线，且其技术也相当成通信覆盖了绝大部分国内航线，且其技术也相当成 熟。熟。 在在CNS/ATM中，中，VHF通信也是非常重要的一种通信方式，只通信也是非常重要的一种通信方式，只 是在现有是在现有VHF通信方式基础上，补充、完善、增强了数据通信通信方式基础上，补充、完善、增强了数据通信 能力，从而使能力，从而使VHF空地通信的能力

13、得到极大提高。空地通信的能力得到极大提高。 目前民航的目前民航的VHF通信以话音通信为主。通信以话音通信为主。 工作方式是单信道半双工工作方式是单信道半双工 ，机载电台和地面台均有，机载电台和地面台均有PTT（ Puch-To-Talk）开关，按下时处于发射状态，可以说话，松）开关，按下时处于发射状态，可以说话，松 开时则处于接收状态。开时则处于接收状态。 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 调制方式：双边带调幅（调制方式：双边带调幅（DSB-AM） 频率范围为频率范围为117.97

14、5137MHz，频道间隔为，频道间隔为25kHz，共有，共有760 个频道。个频道。 地面地面VHF台的发射功率为台的发射功率为25W或或50W，机载发射功率为，机载发射功率为25W或或 50W。 服务范围：对一架高度为服务范围：对一架高度为36000ft的飞机，最大通信距离约的飞机，最大通信距离约 200nm。 电波传播方式：视距传播电波传播方式：视距传播 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 设话音信号为设话音信号为f(t)，载波的角频率为，载波的角频率为 0，调幅信号，调幅信号sAM(t)可以表可以表 示为：示为：sAM(t)=A+f(t)cos( c

15、t) 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 SAM(j )=FsAM(t) 11 2()()2()() 22 cccc AFAF 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 速度慢。利用话音传送速度慢。利用话音传送200个字符约需个字符约需3040秒钟，占用信道秒钟，占用信道 时间较长。目前在空中交通繁忙地区，时间较长。目前在空中交通繁忙地区，VHF频率资源已显得紧频率资源已显得紧 张，话音通信限制了张，话音通信限制了VHF频率资源利用率的提高。频率资源利用率的提高。 易出错。话音通信主要在机组人员和管制员及航务管理人员易出错。

16、话音通信主要在机组人员和管制员及航务管理人员 间进行，长时间的飞行和讲话都易使人疲劳，加上各国、各地间进行，长时间的飞行和讲话都易使人疲劳，加上各国、各地 口音不一致，可能引起听不懂、听不清或说错、抄错的情况。口音不一致，可能引起听不懂、听不清或说错、抄错的情况。 多信宿的限制。有些通信内容要先由话务员收下来，然后人多信宿的限制。有些通信内容要先由话务员收下来，然后人 工转发给多个用户，进一步增加了出错的可能，并且延长了通工转发给多个用户，进一步增加了出错的可能，并且延长了通 信时间。信时间。 业务种类受限。某些计算机数据不便由人口述，飞机上要利业务种类受限。某些计算机数据不便由人口述，飞机上

17、要利 用地面数据库信息也不便由话音通信来实现。用地面数据库信息也不便由话音通信来实现。 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 ACARS飞机通信寻址报告系统飞机通信寻址报告系统 （Aircraft Communication Addressing and Reporting System ） 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 上世纪七十年代初，美国上世纪七十年代初，美国ARINC公司开发了一种公司开发了一种VHF空地数据链，空地数据链， 称为飞机通信寻址报告系统（称为飞机通信寻址报告系统（ACARS），并于），并于19

18、78年投入使用。年投入使用。 目前美国已有数千架飞机配备了此系统，并在美国实现了目前美国已有数千架飞机配备了此系统，并在美国实现了ACARS 地面站、地面站、ARINC航空电信网的覆盖。航空电信网的覆盖。 加拿大航空公司（加拿大航空公司（Air Canada）1982年开始先在一架波音年开始先在一架波音767200 上安装了具有数据通信的航空电子设备，随后自主开发了其本国交上安装了具有数据通信的航空电子设备，随后自主开发了其本国交 通繁忙地区的通繁忙地区的VHF空地数据通信系统。空地数据通信系统。 国际航空电信协会（国际航空电信协会（SITA）于）于1984年开始运营一个与年开始运营一个与AC

19、ARS类类 似的系统，称为似的系统，称为AIRCOM，其主要服务区是欧洲和远东，后又向中，其主要服务区是欧洲和远东，后又向中 东和非洲扩展其业务。东和非洲扩展其业务。 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 欧洲已基本上全部覆盖，澳大利亚和东南亚也建立了许多远端地欧洲已基本上全部覆盖，澳大利亚和东南亚也建立了许多远端地 面站（面站（RGS）。）。 日本在日本在1989年建立了年建立了AVICOM JAPAN公司，可在其海岸线公司，可在其海岸线200海海 里以内提供里以内提供AIRCOM/ACARS方式的航务管理和航空行政管理数据方式的航务管理和航空行政管理数据

20、 通信。通信。 1995年中国民航开始建设自己的年中国民航开始建设自己的VHF空地数据通信系统，包括一空地数据通信系统，包括一 个网络管理数据处理系统（个网络管理数据处理系统（NMDPS）和）和120个个RGS。该系统可以覆。该系统可以覆 盖全国主要航路，并与盖全国主要航路，并与ACARS/AIRCOM系统兼容。系统兼容。 上述上述VHF数据链系统的功用和采用的技术大同小异，且都发源数据链系统的功用和采用的技术大同小异，且都发源 于于ACARS。 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 机载机载ACARS设备设备 VHF无线电网络无线电网络 ACARS控制中心

21、控制中心 航空公司、航空公司、ATM 部门信息中心部门信息中心 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 机载机载ACARS设备设备 由控制显示组件（由控制显示组件（CDU）、管理组件（）、管理组件（MU）、）、VHF 3号收发号收发 机和打印机组成。机和打印机组成。 能够收、发各类数据，并通过能够收、发各类数据，并通过CDU显示阅读或由打印机打印出显示阅读或由打印机打印出 来。来。 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 VHF无线电网络无线电网络 由世界某些区域分布的由世界某些区域分布的ACARS VHF无线电地面台（远端地

22、面无线电地面台（远端地面 站站RGS）组成。）组成。 每个地面站可与其周围一定空域内的飞机进行每个地面站可与其周围一定空域内的飞机进行ACARS数据交换数据交换 ，并通过地面通信网络与，并通过地面通信网络与ACARS控制中心进行数据传输交换。控制中心进行数据传输交换。 在有在有VHF数据链覆盖的陆地区域使用数据链覆盖的陆地区域使用VHF数据链，而当飞机飞数据链，而当飞机飞 行在海洋上的空域时，与地面的通信采用的是卫星数据链行在海洋上的空域时，与地面的通信采用的是卫星数据链 。 国际上主要的数据链服务提供商有国际上主要的数据链服务提供商有ARINC（美国）、（美国）、SITA（ 欧洲）及欧洲）及

23、ADCC（中国）（中国） 。目前，已有。目前，已有90多多个国外航空公司和个国外航空公司和 多家国内航空公司使用中国民航多家国内航空公司使用中国民航VHF地空数据网。地空数据网。 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 ACARS控制中心控制中心 ACARS控制中心通过地面通信网络与各控制中心通过地面通信网络与各ACARS RGS站、各航站、各航 空公司信息中心和空公司信息中心和ATC中心相联系，它通过代码寻址，把航空公中心相联系，它通过代码寻址，把航空公 司和它相应的飞机联系起来，进行数据和信息双向交换。司和它相应的飞机联系起来，进行数据和信息双向交换。 由

24、公司内的计算机网络组成。它通过地面通信网络接收来自由公司内的计算机网络组成。它通过地面通信网络接收来自 ACARS控制中心的飞机数据和信息，送到航空公司的相应部门控制中心的飞机数据和信息，送到航空公司的相应部门 ；同时，也收集各部门的询问信息传送到；同时，也收集各部门的询问信息传送到ACARS控制中心，转控制中心，转 达给相应飞机。达给相应飞机。 航空公司、航空公司、ATM部门信息中心部门信息中心 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 调制形式：调制形式：MSK-AM 频道间隔：频道间隔：25kHz 传输速率：传输速率：2400bps 工作方式：单信道，半双

25、工工作方式：单信道，半双工 RF频率频率 ： 欧洲：主用频率欧洲：主用频率131.725MHz，第二频率，第二频率131.525MHz 美国、加拿大：主用频率美国、加拿大：主用频率131.550MHz，第二频率，第二频率130.025MHz 中国大陆、香港：频率为中国大陆、香港：频率为131.450MHz 泰国：主用频率泰国：主用频率131.450MHz，第二频率，第二频率131.550MHz 马来西亚、菲律宾：频率为马来西亚、菲律宾：频率为131.450MHz 世界范围内的主用频率：世界范围内的主用频率：131.550MHz 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通

26、信系统 ACARS管理组件（管理组件（MU） 控制显示组件（控制显示组件（CDU） ACARS程序开关组件程序开关组件 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 ACARS管理组件（管理组件（MU） 接收和监控来自接收和监控来自VHF RGS站的上行输入信号，保证信息的正确性并站的上行输入信号，保证信息的正确性并 解码。解码。 对下行信息格式化，监控和保证下行数据的正确性。对下行信息格式化，监控和保证下行数据的正确性。 控制工作方式，控制数据的转换，给出确认控制工作方式，控制数据的转换，给出确认/非确认应答信号非确认应答信号 。 对对VHF进行调谐和控制进行调谐

27、和控制 。 有指令时将数据送到打印机有指令时将数据送到打印机 。 监控系统的工作情况监控系统的工作情况 。 MU组件只处理带有飞机注册码的上行数据，在所有下行报上都附组件只处理带有飞机注册码的上行数据，在所有下行报上都附 带上这个飞机的注册码，以识别是这架飞机发送的报文。带上这个飞机的注册码，以识别是这架飞机发送的报文。 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 控制显示组件（控制显示组件（CDU） 用于控制用于控制ACARS的工作和信息显示的工作和信息显示 用于设置飞机的识别码和注册码。每个组件有用于设置飞机的识别码和注册码。每个组件有24个开关，通常个开关，

28、通常 在飞机交付之前设定。共有在飞机交付之前设定。共有3个程序开关组件，其中两个设置注个程序开关组件，其中两个设置注 册码，一个设置飞机识别码。册码，一个设置飞机识别码。 程序开关组件程序开关组件 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 ACARS的远端地面站（的远端地面站（RGS）在）在VHF数据通信中均作为一个图数据通信中均作为一个图 像终端，与装有像终端，与装有VHF数据通信设备的飞机进行视距射频通信。数据通信设备的飞机进行视距射频通信。 RGS的覆盖范围为的覆盖范围为370km左右。左右。 RGS站包括站包括VHF天线、收发信机和一个微机化的数据控制接

29、天线、收发信机和一个微机化的数据控制接 口单元（口单元（DCIU）。）。DCIU包括空地链路的调制解调器（包括空地链路的调制解调器（ MODEM）、收发信机控制器、管理处理器和通信控制器。）、收发信机控制器、管理处理器和通信控制器。 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 在数据链中，多个用户要利用同一个在数据链中，多个用户要利用同一个RGS站以共享资源，为此站以共享资源，为此 ，所有，所有RGS站要与一个中央交换系统相连，即所有用户与其飞机站要与一个中央交换系统相连，即所有用户与其飞机 的数据通信都要通过一个数据处理器。的数据通信都要通过一个数据处理器。 中

30、国民航的中国民航的VHF空地数据通信处理系统的核心是网络管理数据空地数据通信处理系统的核心是网络管理数据 处理系统（处理系统（NMDPS），它是一个专用的、具有开放结构的计算），它是一个专用的、具有开放结构的计算 机网络系统，可完成上行、下行各种数据的采集、处理和转发，机网络系统，可完成上行、下行各种数据的采集、处理和转发， 以及进行系统的监控和服务。以及进行系统的监控和服务。 为了在为了在RGS与与NMDPS之间以及之间以及NMDPS与用户终端之间传送数与用户终端之间传送数 据，中国民航由据，中国民航由CAAC.X.25网组成分组交换网，并与网组成分组交换网，并与ARINC、 SITA网相连

31、。网相连。 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 DEMAND（请求）方式（请求）方式 ：当机载：当机载ACARS系统的电源接通，或系统的电源接通，或MU检检 测到测到RF信道无人使用（空闲）时，系统就处于信道无人使用（空闲）时，系统就处于“请求请求”方式，机载方式，机载 VHF收发信机便向下发送数据。收发信机便向下发送数据。 POLLED（等待）方式（等待）方式 ：当地面台同时收到多架飞机的：当地面台同时收到多架飞机的“请求请求”时，时， 地面台就命令这些飞机处于地面台就命令这些飞机处于“等待等待”方式，然后地面台周期地（约方式，然后地面台周期地（约2s）

32、 轮流询问每一架飞机。当飞机接收到该询问时，若飞机有信息需要发送轮流询问每一架飞机。当飞机接收到该询问时，若飞机有信息需要发送 ，就自动向下发射信息；若飞机无信息可发，就给出一个简单的响应信，就自动向下发射信息；若飞机无信息可发，就给出一个简单的响应信 号。询问、应答结束后，地面台再发一个指令，使飞机回到号。询问、应答结束后，地面台再发一个指令，使飞机回到“请求请求”方方 式或者式或者1.5min后系统自动回到后系统自动回到“请求请求”方式。方式。 VOX（话音）方式（话音）方式 ：“话音话音”方式工作时，方式工作时，ACARS系统不进行数据传系统不进行数据传 输。输。 中国民航大学 CAUC

33、 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 面向航空公司应用的飞机运营管理（面向航空公司应用的飞机运营管理（AOC）报文：）报文：OOOI报（报（ OUT，OFF，ON，IN），故障报（），故障报（CFD），发动机报（），发动机报（DFD） 和位置报等和位置报等 面向空中交通管制与服务的空管服务（面向空中交通管制与服务的空管服务（ATS）报文）报文 ：起飞前放：起飞前放 行报（行报（PDC）,自动化终端区信息服务报（自动化终端区信息服务报（ATIS），自动相关监），自动相关监 视报（视报（ADS）、管制员飞行员数

34、据链通信（）、管制员飞行员数据链通信（CPDLC）报等）报等 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 ARINC 618 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 优优 点点 提高了地空通信的准确性，减轻了机组负担提高了地空通信的准确性，减轻了机组负担 资料和数据易于共享资料和数据易于共享 通信量大通信量大 缺缺 陷陷 ACARS是面向字符的系统，相对于面向比特的通信技术，是面向字符的系统，相对于面向比特的通信技术， ACARS的效率不高，不灵活的效率不高，不灵活 ACARS与与CNS/ATM系统中面向比特技术的航空电信网（系统

35、中面向比特技术的航空电信网（ ATN）不兼容。）不兼容。ACARS作为一个过渡系统，将在作为一个过渡系统，将在ATN建成后升建成后升 级，以适应级，以适应CNS/ATM的体制。的体制。 中国民航大学 CAUC 2.2 2.2 现行空地通信系统现行空地通信系统 与最新技术相比，现行话音和数据链系统的频谱利与最新技术相比，现行话音和数据链系统的频谱利 用率都不高；用率都不高； 由于各种原因，例如多径干扰和大气扰动，易使通由于各种原因，例如多径干扰和大气扰动，易使通 信质量降低；信质量降低； 调幅易受来自电力传输线的噪声、调频广播电台的调幅易受来自电力传输线的噪声、调频广播电台的 互调干扰及其他各类

36、发射机引起的互调干扰及其他各类发射机引起的RF干扰；干扰； 现行的现行的VHF空地数据链空地数据链ACARS是面向字符的系统，是面向字符的系统， 效率不高，而且与用于效率不高，而且与用于ATN的开放系统互连（的开放系统互连（OSI） 方式不兼容。方式不兼容。 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 甚高频（甚高频（VHF）空地通信；）空地通信； 所谓所谓新空地通信系统新空地通信系统，是指那些包含在，是指那些包含在ICAO CNS/ATM方案方案 中的空地通信系统。中的空地通信系统。 构构 成成 航空卫星移动业务（航空卫星移动业务（AMSS）通信；）通信； 高频（高

37、频（HF）空地通信；）空地通信； 二次监视雷达（二次监视雷达（SSR）的）的S模式数据链。模式数据链。 新空地通信系统中的新空地通信系统中的VHF、HF及及AMSS通信都包括数据通信和话音通信通信都包括数据通信和话音通信 ，并且话音也是数字话音，并且话音也是数字话音，ATS和和AOC通信将以数据为主，话音通信将逐渐通信将以数据为主，话音通信将逐渐 减少，最终达到只在必要时或紧急情况下使用话音通信。空地数据链将是航减少，最终达到只在必要时或紧急情况下使用话音通信。空地数据链将是航 空电信网（空电信网（ATN）的一个子网。在空地通信子网内，以上）的一个子网。在空地通信子网内，以上4种数据链可以交种

38、数据链可以交 互操作。互操作。 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 应用卫星技术，从陆基通信系统逐步向星基通信系统应用卫星技术，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，后过渡，早期阶段先用星基系统作为陆基系统的补充，后 期阶段除少数陆基系统作为星基系统的备用外，大部分期阶段除少数陆基系统作为星基系统的备用外，大部分 陆基系统将被淘汰；陆基系统将被淘汰； 特特 点点 开发数据链，实现空地、地地可靠的数据交换，并开发数据链，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；进一步实现空空数据交换； 系统的数字化、计算

39、机处理及联网。系统的数字化、计算机处理及联网。 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 由于经济和技术的限制，近期在极区内高频通信仍由于经济和技术的限制，近期在极区内高频通信仍 然占主要地位然占主要地位 。 高频通信仍然存在的原因高频通信仍然存在的原因 卫星链路的费用高昂，通信的可用性还不尽人意卫星链路的费用高昂，通信的可用性还不尽人意 。 近年来近年来HF数据通信在技术上取得了突破性进展，如数据通信在技术上取得了突破性进展，如 采用了昼夜换频、季节换频、双频冗余、自适应选频采用了昼夜换频、季节换频、双频冗余、自适应选频 接收和先进的数字处理技术等，可靠性大为提高

40、。接收和先进的数字处理技术等，可靠性大为提高。 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 1991年年11月：航空公司电子工程委员会（月：航空公司电子工程委员会（AEEC）在西雅图召开了一）在西雅图召开了一 个高频数据链（个高频数据链（HFDL）专业组会，建议成立一个）专业组会，建议成立一个HFDL分委员会。分委员会。 高频数据链标准的制定高频数据链标准的制定 1992年年5月：在慕尼黑月：在慕尼黑HFDL分委员会正式成立，起草了分委员会正式成立，起草了HFDL系统系统 的规范的规范ARINC753。以后又起草了。以后又起草了HFDL协议协议ARINC635和和HF

41、DL 设计指导材料设计指导材料ARINC634。 1996年年4月：美国航空无线电技术委员会（月：美国航空无线电技术委员会（RTCA）分委员会）分委员会SC 188成立了两个工作组，成立了两个工作组，WG1负责制定负责制定HFDL的的MASPS，WG2负负 责制定责制定HFDL的的MOPS，并于，并于1997年出版。年出版。 1999年年11月月4日：日：ICAO对对“附件附件10”进行的第进行的第74次修订中，次修订中，HFDL的的 SARPs已正式纳入已正式纳入“附件附件10”之中。之中。 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 机载系统机载系统 高频数据链系

42、统的组成高频数据链系统的组成 地面站地面站 地面网管中心地面网管中心 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 高频数据链性能指标高频数据链性能指标 HFDL与原有的与原有的HF收发信机一样，利用收发信机一样，利用USB通信。通信。 在数据链通信方面，在数据链通信方面，HFDL采用面向比特的采用面向比特的ISO协议，符合协议，符合ATN 的要求，可作为高频子网进入的要求，可作为高频子网进入ATN。 对于机载对于机载HFDL系统，它在访问地面站的频率时，采用系统，它在访问地面站的频率时，采用FDMA方方 式；而当多架飞机在同一信道上与同一地面站建立通信联系时，式；而当

43、多架飞机在同一信道上与同一地面站建立通信联系时， 飞机与地面设备之间采用飞机与地面设备之间采用TDMA接入方式进行通信，每个主帧为接入方式进行通信，每个主帧为 32s，有，有13个时隙，每个时隙根据随机访问或预约实现动态指配，个时隙，每个时隙根据随机访问或预约实现动态指配， 减少信息碰撞，增加信息的通过量。减少信息碰撞，增加信息的通过量。 HFDL传输的码速率：传输的码速率：300bps，600bps，1200bps，1800bps。 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 对原有的对原有的ARINC719 HF无线电收发信机进行改造：增加一无线电收发信机进行改造

44、：增加一 个高频数据单元（个高频数据单元（HFDU），它包括编码器和调制解调器，另），它包括编码器和调制解调器，另 外加一个天线耦合器，即天线调谐组件。外加一个天线耦合器，即天线调谐组件。HFDU与机载现有的与机载现有的 通信管理单元（通信管理单元（CMU）采用）采用ARINC429传输协议。传输协议。 采用新型的采用新型的HF话音话音/数据收发信机数据收发信机 HFDL机载系统可以采用以下两种方法实现：机载系统可以采用以下两种方法实现： 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 Honeywell公司的公司的XK516D机载机载HF系统框图，其中系统框图，其中FK

45、516/517 为数字天线耦合器为数字天线耦合器 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 机载高频数据无线电（机载高频数据无线电（HFDR）系统与其他通信系统的集成）系统与其他通信系统的集成 连接情况，其中连接情况，其中HFS900D为为Rockwell Collins公司的公司的HFDR系统。系统。 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 地面站组成：地面站组成： HF发射机发射机 HF接收机接收机 HF数据单元（数据单元（ HFDU） 控制器（包括编码控制器（包括编码 器及调制解调器）器及调制解调器） 中国民航大学 CAUC 2.

46、3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 地面站分析飞机下行数据中的地面站分析飞机下行数据中的 通信地址，将该飞机的报文通通信地址，将该飞机的报文通 过地面通信网络转发到相应的过地面通信网络转发到相应的 管制员工作站，管制员可以通管制员工作站，管制员可以通 过相反的路由将地面的指令发过相反的路由将地面的指令发 给飞机，直到在所使用的频率给飞机，直到在所使用的频率 上无法正常通信时，飞机与地上无法正常通信时，飞机与地 面拆除特性链路，并由飞机重面拆除特性链路，并由飞机重 新搜索其他信道与地面进行联新搜索其他信道与地面进行联 系。系。 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通

47、信系统 地面网管中心用来对地面站进地面网管中心用来对地面站进 行频率管理，处理上行、下行行频率管理，处理上行、下行 数据，进行网络管理和空地电数据，进行网络管理和空地电 文的路由转换，它的地网与空文的路由转换，它的地网与空 中交通管理部门、航务管理部中交通管理部门、航务管理部 门和其他通信网相连，是该系门和其他通信网相连，是该系 统的核心部分。统的核心部分。 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 目前目前ARINC是全球唯一的航空是全球唯一的航空HFDL服务提供商服务提供商 。 GLOBALINK/HF服务是基于服务是基于ACARS的，服务范围包括南纬的，服务范

48、围包括南纬 60 以北的飞机通信覆盖。以北的飞机通信覆盖。 GLOBALINK/HF服务是唯一支持北冰洋、远端地区操作和空服务是唯一支持北冰洋、远端地区操作和空 管的地管的地/空数据链服务。空数据链服务。 GLOBALINK/HF系统在全球共布设了系统在全球共布设了14个个HFDL地面站，可以地面站，可以 基本覆盖全球基本覆盖全球 。 上行数据在上行数据在60s内的传输成功率已达内的传输成功率已达86%，端到端的使用可靠性，端到端的使用可靠性 已接近已接近100%。 ARINC已与全世界数百架飞机签约，为其提供已与全世界数百架飞机签约，为其提供HFDL服务。许服务。许 多航空公司都使用多航空公

49、司都使用HFDL来替代来替代AMSS或者作为或者作为AMSS的备份，并的备份，并 且将是否配置且将是否配置HFDL作为接收新飞机的标准。作为接收新飞机的标准。 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 相比于相比于AMSS，HFDL的优点是明显的：的优点是明显的： HFDL系统是目前北极地区唯一提供数据链服务的系统系统是目前北极地区唯一提供数据链服务的系统 HFDL机载系统简单机载系统简单 HFDL购买费用相比于购买费用相比于AES的要便宜得多，且使用费用也便宜的要便宜得多，且使用费用也便宜 好多

50、。好多。 HFDL的主要缺点：的主要缺点： 数据传输速率低，不适合用作高速宽带通信。数据传输速率低，不适合用作高速宽带通信。 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 民用航空数据链的研究始于民用航空数据链的研究始于20世纪世纪70年代末，以美国年代末，以美国ARINC公公 司研制的司研制的ACARS系统为代表。系统为代表。 到到2005年，美国已建立了年，美国已建立了754个个ACARS远端地面站（远端地面站（RGS），）， 覆盖了美国本土所有航线。覆盖了美国本土所有航线。 国际航空电信协会（国际航空电信协会（SITA）在欧洲、亚洲、美洲和澳洲等地建）在欧洲、亚洲

51、、美洲和澳洲等地建 立了立了732个个RGS，构成了全球覆盖范围最大的甚高频空地数据网，构成了全球覆盖范围最大的甚高频空地数据网 络即络即SITA网。网。 中国民航的甚高频空地通信网始建于中国民航的甚高频空地通信网始建于1995年，目前已建设了约年，目前已建设了约 80个个RGS，具备提供除西部部分航路之外干线航路的地空，具备提供除西部部分航路之外干线航路的地空VHF覆覆 盖能力，已成为世界第盖能力，已成为世界第3大航空电信网络。大航空电信网络。 甚高频数据链的发展（甚高频数据链的发展（1） 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 泰国无线电公司（泰国无线电公司（

52、Aerothai）在泰国、新加坡、菲律宾、台湾、韩）在泰国、新加坡、菲律宾、台湾、韩 国等地建立了国等地建立了65个个RGS，成为东南亚地区重要的，成为东南亚地区重要的VHF数据链运营商。数据链运营商。 自自20世纪世纪80年代末，人们陆续提出了一些满足年代末，人们陆续提出了一些满足ISO的的OSI/RM 7 层体系结构的层体系结构的VDL系统系统 。 VDL模式模式1（VDL-1） 甚高频数据链的发展（甚高频数据链的发展（2） VDL-2 VDL-3 VDL-4 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 VDL-1 VDL-1是首先提出来的面向比特的数据链系统是首

53、先提出来的面向比特的数据链系统 ，它只是作为概，它只是作为概 念提出，并没有进行实质性的研究和开发。念提出，并没有进行实质性的研究和开发。 VDL-1VDL-4简介（简介（1） 信道带宽：信道带宽：25kHz 调制方式：调制方式：AM-MSK 信息传输率：信息传输率：2.4kbit/s 采用面向比特协议，透明传输分组数据采用面向比特协议，透明传输分组数据 媒体访问：媒体访问：CSMA（载波侦听多址）（载波侦听多址） 飞机与地面通信时，仍采用单频单工方式飞机与地面通信时，仍采用单频单工方式 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 VDL-2 VDL-2是是20世纪世

54、纪80年代末开始研制的分布处理年代末开始研制的分布处理VHF数据链，已数据链，已 成为成为ICAO推荐的数据链标准之一，得到世界绝大部分国家的认推荐的数据链标准之一，得到世界绝大部分国家的认 同。同。 VDL-1VDL-4简介（简介（2） 信道带宽：信道带宽：25kHz 调制方式：调制方式：D8PSK（差分（差分8相相移键控）相相移键控） 信息传输率：信息传输率：31.5kbit/s 采用面向比特协议，透明传输分组数据采用面向比特协议，透明传输分组数据 媒体访问：媒体访问：CSMA（载波侦听多址）（载波侦听多址） 飞机与地面通信时，仍采用单频单工方式飞机与地面通信时，仍采用单频单工方式 中国民

55、航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 VDL-3 VDL-3是是20世纪世纪90年代中期开始研究的年代中期开始研究的VHF数据链，它提供数据和话音数据链，它提供数据和话音 兼容能力兼容能力,利用利用GNSS提供的精密时基进行时间同步，是一种全数字化系统提供的精密时基进行时间同步，是一种全数字化系统 ，是数据链技术的一场革命，美国、加拿大等国极力推崇，是数据链技术的一场革命，美国、加拿大等国极力推崇VDL-3作为下一作为下一 代数据链系统。代数据链系统。 VDL-1VDL-4简介（简介（3） 信道带宽：信道带宽：25kHz 调制方式：调制方式：D8PSK（差分（差分8相

56、相移键控）相相移键控） 信息传输率：信息传输率：31.5kbit/s 采用面向比特协议，透明传输分组数据采用面向比特协议，透明传输分组数据 媒体访问：媒体访问：TDMA（时分多址）（时分多址） 上行链路与下行链路使用同一频率上行链路与下行链路使用同一频率 话音系统的操作仍用话音系统的操作仍用PPT单工方式；数据通信用单信道单工方式单工方式；数据通信用单信道单工方式 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 VDL-4 VDL-4是是20世纪世纪80年代末以瑞典为代表的欧洲国家提出的一种年代末以瑞典为代表的欧洲国家提出的一种VHF数据数据 链，采用链，采用STDMA数

57、据协议，支持空地、空空一体化通信。但由于数据协议，支持空地、空空一体化通信。但由于VDL-4 存在一些悬而未决的技术及安装该数据链可带来的收益等问题而遭到美国存在一些悬而未决的技术及安装该数据链可带来的收益等问题而遭到美国 的激烈反对，并且基于技术研究和成本考虑，空中客车和波音公司都决定的激烈反对，并且基于技术研究和成本考虑，空中客车和波音公司都决定 不使用不使用VDL-4，IATA、AEA、FAA、DFS、NATS、Eurocontrol、CANSO 、ARINC、SITA及包括及包括AAL、DAL、DLH和和SAS在内的众多航空公司也都在内的众多航空公司也都 决定不使用决定不使用VDL-4

58、。最终在。最终在ICAO的附件的附件10中，中，VDL-4的的SARPs仅仅适用于仅仅适用于 监视用途。监视用途。 VDL-1VDL-4简介（简介（4） 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 机载电子设备机载电子设备 基本组成（基本组成（1） 远端地面站（远端地面站（RGS） 地面数据通信网地面数据通信网 网络管理与数据处理系统（网络管理与数据处理系统（NMDPS） 数据链网关系统数据链网关系统 各用户子系统各用户子系统 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 基本组成（基本组成（2） 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地

59、通信系统新空地通信系统 工作过程工作过程 机载电子设备采集飞机各种数据，如发动机的状态、飞机位置数机载电子设备采集飞机各种数据，如发动机的状态、飞机位置数 据、飞行员输入的通信报文等，下传至远端地面站（据、飞行员输入的通信报文等，下传至远端地面站（RGS）。）。 所有的所有的RGS在接收到飞机下发的数据后，都通过专用网络将这些在接收到飞机下发的数据后，都通过专用网络将这些 数据传送到网控中心。数据传送到网控中心。 网控中心的网络管理与数据处理系统（网控中心的网络管理与数据处理系统（NMDPS）将这些数据处理）将这些数据处理 入库后，根据数据中的地址信息和自己的路由表，将报文通过专用入库后，根据数据中的地址信息和自己的路由表，将报文通过专用 网再传送到目的用户。网再传送到目的用户。 用户（如用户（如AOC、ATC部门）发送的数据则通过上述相反的路径最部门）发送的数据则通过上述相反的路径最 后由后由RGS站上传给飞机。站上传给飞机。 中国民航大学 CAUC 2.3 2.3 新空地通信系统新空地通信系统 ICAO对对VHF数据链的网络体系结构进行了标准化，按照数据链的网络体系结构进行了标准化，按照OSI参考参考 模型的模型的7层体系结构，定义了层体系结构，定义了VHF数据链的设计标准。数据链的