AeroMACS——一種新型航空空港移動通信系統

劉楓康瀟葉永

（民航河南空管分局，河南 鄭州 450000）

現在國際和國內空港航班量的增長促使空中交通管制（ATC）和航空公司運行通信（AOC）服務數據負荷快速增長，以往的語音通信已經不能滿足新一代空中交通管理系統的需求，所以未來我們的通信基礎設施（FCI[1]）必然是一個復雜的異構系統。

選擇多種現有技術可以最大限度地利用現代通信技術發展的成果，從而快速高效地投入使用。例如Eurocontrol和ICAO共同定義的基于IEEE802.16-2009標準（即Mobile WiMAX）的工作與C波段航空空港移動通信系統。

IEEE 802.16-2009技術能很好地滿足空港場面通信的要求并且適應其復雜的電磁環境，特別是正交頻分復用（OFDM）和非視距（NLoS）通信技術能更好地應對不利傳輸環境和更好地利用頻率資源，使得高速數據傳輸成為可能。Mobile WiMAX還可以對飛機和地面車輛進行定位，針對各種不同服務提供不同的QoS以及基于認證/授權程序和加密的安全通信。

盡管IEEE802.16-2009已經被選擇作為FCI（未來航空基礎設施）中最適合的技術，但是到目前為止，各國還沒有就其具體的技術標準達成一致。特別是在一些具體問題，例如飛行器和控制站、頻偏補償、信道傳輸衰落、QoS管理策略和越區切換中的安全問題等，仍需要深入研究。以下本文將對這些方面的進展和方向做淺顯的分析。

1 AeroMACS系統概述

AeroMACS是一個全IP網絡，可以用于飛行器、車輛和人員的通信，同時，支持與安全相關的ATC和AOC高速數據包交換業務，未來AeroMACS還將支持網絡管理服務（NET），并且在其實施的第二階段，還會支持VoIP及視頻流等相關業務。在所有業務的優先級中，網管服務最高，其次是ATC和AOC，此外一些人身安全相關服務（SoL）也需要一個安全可靠的傳輸網絡，這樣才能保證一定的容錯性和網絡遭受攻擊時的可靠性。綜上所述，為了保障ATC和NET的業務不中斷，必須盡量減少越區切換的時間，同時使用帶有認證的安全協議、授權程序和加密來避免網絡遭受惡意的攻擊和入侵。

在實施的第一階段，AeroMACS能支持速度小于92.6km/h的飛機和機場地面車輛的通信，此后將考慮如何使其支持COCR v2.0中最大移動速度為370km/h的通信，最終系統能夠向機場上空飛行的飛機廣播機場通播信息。理論上單個小區能夠覆蓋8.3km的半徑范圍，但是這只能滿足小型機場的需求，而使用多個覆蓋范圍較小的基站可以提高網絡覆蓋能力和數據的可靠性。未來AeroMACS頻率資源將會和導航、遙測、安全和衛星服務共同使用5091-5150MHz的航空服務頻率，為了防止各種業務相互干擾，他們必須在空間和頻率上有充足的間隔，微波著陸系統MLS是一項重要的干擾源，應該對其兩者之間的相互作用做進一步的深入研究。

2 AeroMACS網絡架構

為了保證網間良好的互聯性，AeroMACS采用基于由WiMAX論壇定義的IEEE802.16-2009架構，同時AeroMACS也是一種支持模塊化和靈活部署的全IP網絡。如圖1所示，一般AeroMACS系統由以下幾部分組成。

圖1 AeroMACS網絡架構

MS/SS即移動用戶站/固定用戶站，他們都是最終的用戶。MS是指飛機、服務車輛、緊急情況車輛以及步行工作人員等移動結點，SS是指雷達、氣象站及航線設備等固定結點。

ASN即服務接入網絡，用于向AeroMACS用戶、安全認證系統、資源管理系統提供無線訪問接口，它由至少一個BS和ASN-GW組成。

BS即基站，表示該網絡的接入點，實現了空中接口和各項功能的接入，包括上行鏈路（UP）和下行鏈路（DL）調度器，射頻資源管理模塊和越區切換（HO）管理模塊。一個物理基站可以包括多個按扇區角度或者頻率劃分的邏輯基站。

ASN-GW即ASN網關，表示ASN與CSN之間的鏈路，主要實現路由和橋接的功能。此外，它還可以根據移動性和安全性方面的指標實現基站之間的負載均衡。

CSN即網絡聯通服務，用于在機場內或者互聯網范圍內提供針對AeroMACS用戶的IP連接服務。

ASN一般部署在機場附近，如果基站的總數比較少，ASN可以采用分布的方式在各個基站進行部署。

3 AeroMACS總則

由于AeroMACS定義的配置與WiMAX論壇認證的配置相兼容，所以AeroMACS具有IEEE 802.16-2009的功能和屬性。綜上所述，AeroMACS的配置是WiMAX的一個特殊應用，以下表1中將具體闡述AeroMACS和WiMAX配置主要的不同點。

3.1 物理層

IEEE 802.16-2009可以同時工作在多個頻段，用以支持規定的數據速率。而AeroMACS的512點FFT僅有5MHz帶寬，也許未來能擴展到10MHz。由于AeroMACS的物理層基于正交頻分多址技術，所以具有減少頻率相關性失真以及在多徑條件下進行信道均衡的能力，在機場附近具有惡劣的衰落、寬時延的環境中有著特殊的優勢。

3.2 介質訪問控制層

AeroMACS的介質訪問控制層符合IEEE 802.16-2009標準，用戶通過TDMA和OFDMA相聯合的方式訪問信道。在時頻域中，子載波以時隙為單位分配各個用戶。時隙是可以分配給用戶的最小資源單元，它又可以分成48個相鄰的數據子載波，并且時隙中還包括導頻分配的信息。MAC層中的公共子層（CPS）采用合適的調度算法來實現一些MAC層的特殊功能，例如資源分配、連接建立以及QoS管理等。其他兩個MAC子層是特殊服務匯聚層（CS）和安全子層。其中CS子層用于將上層數據映射成相應的服務數據單元（SDUs）。而安全子層實現認證、密鑰交換和加密功能，以確保通信安全，防止網絡被惡意入侵。

表1 WiMAX與AeroMACS的主要區別

4 結論

國內和國際航班量的大量增長要求我們開發出一種有效的寬帶通信系統來提高航空安全水平，保證飛行器、運控中心、內場車輛和人員之間可靠地通信。在歐美國家已經對這些技術進行了項目驗證，我國的民航數據通信公司也在雙流機場進行了試驗，國家無線電委員會也在審批這些頻率。也許在不久的將來，這會成為空港移動通信的國際標準，空管行業將是這個系統的重要用戶，所以我們要走在該項技術的前沿，迎接未來的挑戰。

［1］何川，張學軍.未來可用航空通信關鍵技術發展評估［A］.第四屆中國航空學會青年科技論壇文集［C］.2011.