一种基于5G的CPDLC通信方法技术

一种基于5G的CPDLC通信方法，5G网络总终端经5G的CPDLC与飞行机组信息交互模块进行通信；机组成员登录飞行机组信息交互模块与5G基站进行互联；飞行终端向地面管制终端发送AFN CONTACT消息，地面管制终端回复AFN登录完成；飞行终端把地面所需的飞机实时状态数据和应答信息传输到5G基站；5G基站将处理好的数据通过5G网络传输到地面管制终端；地面管制终端通过5G基站、5G网络总终端将地面指令传输到飞行终端；飞行终端的任务载荷处理系统在对地面指令进行处理后，将指令信息传递给FMS和飞行机组信息交互模块。本发明专利技术解决了当前的VDL Mode2传输速率慢，时延高，通道容量趋于饱和的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于5G的CPDLC通信方法


[0001]本专利技术涉及一种基于5G的CPDLC通信方法，用于民航地空通信的数据传输。

技术介绍

[0002]CPDLC是一种新型的数据链应用，它可以支持管制员和机组成员之间数据报文的直接交换。当与一架在超出管制员飞行员直接通信（DCPC）甚高频（VHF）话音通信范围空域之内的飞机进行通信时，管制员和机组成员通常会使用CPDLC进行通信。
[0003]管制员通过CPDLC数据链可直接向飞行员发送管制命令来指挥飞机飞行，飞行员也可直接向管制员发送各种飞行请求，管制命令和飞行请求均以标准格式数据报文形式实现。CPDLC数据链是管制员和飞行员之间利用数据通信代替话音通信的重要手段，不仅减少了地空通话次数，还避免了话音通信引起的口误、听错和信号失真等情况，减轻了管制员和飞行员的工作负担，提高了空管指挥自动化程度。CPDLC数据链的基本内容包括以下３个方面：１）管制员对飞行员做出有关高度层分配、穿越限制、侧向偏移、航路变更、飞行速度限制和无线电通信频率指派等管制指令。
[0004]２）飞行员通过报文方式向管制员请求改变飞行高度层、偏离原定计划，根据管制员指令做出响应。
[0005]３）管制员和飞行员可编写自由格式报文。CPDLC数据链信息包括飞行员请求指令、管制员管制指令、飞行员应答信息和管制员应答信息等， 以及飞行高度指示、飞行速度指示、偏离航路告警、航路改变、通信频率指示、飞行员各种请求和自由格式电文报告等。随着我国航空公司机队规模扩大和机型更新，许多航空器装备了适合CPDLC数据链的机载电子设备，多数空管系统具备了CPDLC通信与处理能力，具备实施CPDLC数据链的基本条件。
[0006]根据民航局《使用数据链通信系统的运行批准程序》附件E中对民航地空通信数据链通信的简介，民航现有四类数据链子网中，仅VDL Mode 2（甚高频数据链模式2）可支持CPDLC的相关应用。随着民航业的高速发展，航班量日益增加，业内对地空通信效率的要求不断提高。现有的VDL Mode 2数传速率为31.5kb/s，最多容纳通道仅760个。（引自：民航数据链 VDL Mode 2应用研究）传输速率达不到民航高速发展带来的新要求，数据传输通道的数量也趋于饱和。
[0007]VDL Mode2无法满足CPDLC应用的数据传输要求也是指日可待。

技术实现思路

[0008]鉴于现有技术的状况，本专利技术提供一种基于5G的CPDLC通信方法，所应用的核心技术是5G的多通道多维天线模块和高定位精度处理模块的技术优化方法。多通道多维指的是：5G的多通道校准和多维优化技术。多通道多维天线模块为采用具备垂直维的波束调整能力的基站天线，针对更高的飞行高度通过引入低频上行载波、增加上行时隙比例、专网覆盖和天线向上辐射的方式增加上行速率。其功能在于，在确保时延和幅相误差控制在低于
VDL Mode2的基础上，增加了通道容量，提高了传输速率。高定位精度处理模块的功能为提高定位精度到厘米级。
[0009]总的来说，本方法降低了地空通信时延到秒级，提升定位精度到厘米级，解决了当前的VDL Mode2传输速率慢，时延高，通道容量趋于饱和的问题。
[0010]本专利技术采用的技术方案是：一种基于5G的CPDLC通信方法，包括飞行终端和基站终端两大系统，所述飞行终端包括飞行机组信息交互模块、FMS、任务载荷处理系统和与数据收发系统；所述基站终端包括5G网络总终端、5G基站与地面管制终端，其中5G基站包括多通道多维天线模块和高定位精度处理模块；具体的讲，基站终端通过基于5G的CPDLC与飞行终端进行通信，基站终端中，核心为5G基站，其主要功能为处理和传输空地之间的数据，上接5G网络总终端，下接地面管制终端，地面管制终端即为管制人员的指令、信息交互界面系统，FMS为飞行管理计算机，是实现飞机自动化操作的核心；飞行终端中，核心为任务载荷处理系统，其主要功能为处理地面端上传的操作指令和飞行终端准备下传的应答信息，并传输到FMS与空中交通服务登录模块或数据收发系统，其上接飞行机组信息交互模块，下接数据收发系统；基于5G的CPDLC通信方法，包括以下步骤：步骤一，5G网络总终端经基于5G的CPDLC与飞行机组信息交互模块进行通信；步骤二，机组成员登录飞行机组信息交互模块与5G基站进行互联；步骤三，飞行终端将向一个特定的地面管制终端发送一个AFN CONTACT消息，地面管制终端以一个AFN ACKNOWLEDGEMENT消息回复AFN登录完成；步骤四，飞行终端把地面所需的飞机实时状态数据和应答信息，经任务载荷处理系统处理后，经数据收发系统，通过5G网络总终端传输到5G基站；步骤五，5G基站将通过以多通道多维天线模块和高定位处理模块为核心技术的数据处理系统，将处理好的数据通过5G网络传输到地面管制终端；步骤六，地面管制终端通过5G基站、5G网络总终端将地面指令传输到飞行终端。
[0011]步骤七，飞行终端的任务载荷处理系统在对地面指令进行处理后，将指令信息传递给FMS和飞行机组信息交互模块。
[0012]本专利技术的有益效果是：本方法通过5G网络的多通道多维天线模块和高定位精度处理模块的技术优化方法，降低了地空通信时延到秒级，提升定位精度到厘米级，增多了地空通信的通道容量，满足民航业日益增长的航班数据体量及对数据传输效率的要求。解决了当前的VDL Mode2传输速率慢，时延高，通道容量趋于饱和的问题。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的空地系统架构图。
具体实施方式
[0014]如图1所示，一种基于5G的CPDLC通信方法，包括飞行终端和基站终端。
[0015]5G网络总终端经基于5G的CPDLC与飞行机组信息交互模块进行通信，飞行机组人员登录飞行机组信息交互模块与5G基站进行互联，在互联状态下飞行接收终端将向一个特
定的地面管制终端发送一个AFN CONTACT消息，地面管制终端以一个AFN ACKNOWLEDGEMENT消息回复AFN登录完成。空地建立CPDLC连接。
[0016]上行消息：在登录状态下，管制人员，即地面管制终端通过5G基站、5G网络总终端，将地面指令传输到飞行终端。飞行终端的数据收发系统收到地面指令后，经任务载荷处理系统传输到FMS和空中交通服务登录模块。飞行机组人员收到该上行消息。
[0017]下行消息：在登录状态下，飞行接收终端把地面所需的飞机实时状态数据和应答信息经数据收发系统，通过5G网络总终端传输到5G基站，5G基站将接受到的数据通过5G网络传输到地面管制终端。管制员接收到该下行消息。
[0018]以下以“地面向机组传输一个保持当前高度的指令，机组回复照办”为例，展现上述基于5G的CPDLC通信过程：首先，在飞行机组人员登录飞行机组信息交互模块与5G基站进行互联，在互联状态下飞行接收终端将向一个特定的地面管制终端发送一个AFN CONTACT消息，地面管制终端以一个AFN ACKNOWLEDGEMENT消息本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于5G的CPDLC通信方法，包括飞行终端和基站终端两大系统，其特征在于：所述飞行终端包括飞行机组信息交互模块、FMS、任务载荷处理系统和与数据收发系统；所述基站终端包括5G网络总终端、5G基站与地面管制终端，其中5G基站包括多通道多维天线模块和高定位精度处理模块；具体的讲，基站终端通过基于5G的CPDLC与飞行终端进行通信，基站终端中，核心为5G基站，其主要功能为处理和传输空地之间的数据，上接5G网络总终端，下接地面管制终端，地面管制终端即为管制人员的指令、信息交互界面系统，FMS为飞行管理计算机，是实现飞机自动化操作的核心；飞行终端中，核心为任务载荷处理系统，其主要功能为处理地面端上传的操作指令和飞行终端准备下传的应答信息，并传输到FMS与空中交通服务登录模块或数据收发系统，其上接飞行机组信息交互模块，下接数据收发系统；基于5G的CPDLC通...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱艺煌，卞启龙，李莎，任明轩，徐浚哲，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：