5�Neues von Rohde&Schwarz Heft 191 (�006/ III)
FUNKKOMMUNIKATION ATC-Funksysteme
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Funkgerätefamilie R&S®Serie 4200
Vorausgedacht: Nächste Funkgeräte-generation für die Flugsicherung
Die neuen Funkgeräte
R&S®Serie 4200 für den Einsatz in
der zivilen und militärischen Flugsi
cherung sind dank ihres konsequent
modularen und digitalen Designs
extrem betriebssicher, kompakt und
bereits vorbereitet für künftige digi
tale Übertragungsstandards. Damit
steht eine zukunftssichere Nachfolge
generation bereit, die die legendäre
R&S®Serie 200 ergänzt.
Mit digitaler Technik gegen Engpässe
Durch die starke Zunahme des Flug-verkehrs vor allem im dicht besiedel-ten Europa stoßen die Funkkommuni-kationssysteme in der Flugsicherung an ihre Kapazitätsgrenzen. Zudem lässt sich das von der ICAO definierte VHF-Band 118 MHz bis 137 MHz für die Funkkom-munikation zwischen Lotsen und Piloten wegen der vorhandenen Frequenzalloka-tion nicht erweitern.
Um diesem Engpass zu begegnen, füh-ren die Flugsicherungen den neuen Dienst CPDLC ein (Controler Pilot Data Link Communications). CPDLC ergänzt die Sprachkommunikation um den Aus-tausch von Datentelegrammen zwi-schen Lotsen und Piloten. Vor allem Rou-tinemeldungen, z.B. Flugflächenfreiga-ben, werden in Zukunft nicht mehr per Sprache, sondern mit Datentelegram-men ausgetauscht und den Piloten auf den Cockpit-Terminals angezeigt. Diese Methode spart Ressourcen, belegt sie einen Kanal doch nur für einen Bruch-teil der Zeit, die erforderlich wäre, diese Informationen als Sprachmitteilungen zu übertragen.
Für den Austausch der Datentele-gramme ist eine eigene Frequenz inner-halb des Flugfunkbandes reserviert, was die Sprachkanäle wesentlich entlastet und maßgeblich zu mehr Sicherheit und Effizienz in der Flugsicherung beiträgt. Für das Übertragen der Meldungen wur-den in den vergangenen Jahren die Datenübertragungsverfahren VHF Data Link (VDL) standardisiert, von denen sich VDL Mode � durchgesetzt hat (Kasten Seite 54).
Für die Sprachkommunikation in der Flugsicherung kommen Sprachkanäle im Frequenzraster �5 kHz bzw. 8,33 kHz und Doppelseitenband-Amplitudenmodula-tion (AM-DSB) zum Einsatz. Für die mili-tärische Flugsicherung ist das UHF-Band von ��5 MHz bis 400 MHz reserviert. Da in diesem Frequenzbereich kaum Kapa-zitätsengpässe bestehen, gibt es bisher keine Pläne für die Einführung digitaler Datenübertragungsverfahren. Für die taktische Kommunikation sind bereits digitale verschlüsselte Übertragungsver-fahren für den Datenaustausch im Ein-satz.
Fit für die Zukunft ziviler und militärischer Flugsicherung
Die neue Funkgerätegeneration für die Flugsicherung, die R&S®Serie 4�00 von Rohde&Schwarz, wurde für diese kom-menden Anforderungen entwickelt (BILD 1). Sie ist nicht nur für die künf-tigen digitalen Übertragungsverfah-ren auf der Luftschnittstelle vorberei-tet, sondern berücksichtigt auch digitale Übertragungsverfahren für die Sprach-kommunikation. Die Geräte sind so extrem betriebssicher wie die legendäre R&S®Serie�00, bieten eine noch bes-serer HF-Performance und senken die Betriebskosten dank ihres durchgehend digitalen Designs deutlich. Sie erreichen bzw. übertreffen die relevanten Stan-dards, die in ICAO Annex 10 und ETSI 300676 spezifiziert sind.
BILD 1 MehrkanalTransceiver der R&S®Serie 4200 für den VHFBereich.44
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Abgleichfreie Module
Die Funkgerätefamilie R&S®Serie 4�00 lässt sich in unterschiedlichen Kon-figurationen und Frequenzbereichen zu kompletten Funksystemen für die Flug-sicherung ausbauen (BILD � und 3). Alle Geräte basieren auf einheitlicher Gehäusemechanik, die für den Einbau in 19"-Systemschränke oder in Konsolen, z.B. im Tower, vorgesehen ist, und unterscheiden sich nur in den eingesetz-ten Modulen:
Mehrkanal-Sendemodul (VHF- oder UHF-Version)Mehrkanal-Empfangsmodul (VHF- oder UHF-Version)Stromversorgungsmodul für Wechsel- und Gleichspannungsbetrieb
So besteht ein Sender aus einem Strom-versorgungs- und einem Sendemo-dul, ein Empfänger ist entsprechend mit einem Empfangsmodul bestückt; ein Transceiver setzt sich aus Sende-, Emp-fangs- und Stromversorgungsmodul zusammen (BILD 4). Dies erleichtert den Anwendern die Logistik und Ersatzteilbe-vorratung erheblich. Ergänzend kommt künftig ein optionaler VDL-Prozessor dazu.
Jedes Modul ist für beste elektromag-netische Schirmung in einer eige-nen Metallkassette untergebracht. Die Module können vom Service-Per-sonal des Anwenders einfach selbst ausgetauscht werden, ohne dass das Gerät an ein Support Center von Rohde&Schwarz geschickt werden muss, denn Kalibrierungen oder Einstell-arbeiten sind nicht erforderlich.
Offen für künftige Funktionen
Hervorstechendstes Merkmal der R&S®Serie 4�00 ist das durchgehend digitale Design – alle wesentlichen Funktionen sind per Software realisiert. Die Vorteile liegen auf der Hand: Ein-
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Transceiver Sender EmpfängerVHF R&S®XU4�00 R&S®SU4�00 R&S®EU4�00UHF R&S®XD4�00 R&S®SD4�00 R&S®ED4�00
BILD 2 Die verschiedenen Modelle der R&S®Serie 4200.
Die wichtigsten AbkürzungenAOC Aeronautical Operational CommunicationsATC Air Traffic ControlAVLC Aviation VHF Link ControlCSMA Carrier Sense Multiple AccessD8PSK Differential 8 Phase Shift KeyingGFSK Gaussian Frequency Shift KeyingHDLC High-Level Data Link ControlI�C Inter-Integrated CircuitICAO International Civil Aviation OrganizationOCXO Oven-Controlled Crystall OscillatorRS Reed-SolomonSTDMA Self-Organizing Time Division Multiple AccessTCXO Temperature-Compensated Crystal OscillatorTDMA Time Division Multiple Access
VDL Mode 2 VDL Mode 3 VDL Mode 4Modulation D8PSK D8PSK GFSKDatenrate 31,5 kbit/s 31,5 kbit/s 19,� kbit/sMedium Access Control CSMA TDMA STDMAUnterstützung digitaler Sprache
nein ja nein
Applikationen AOC / ATC (CPDLC)
ATC (Sprache und CPDLC)
Navigation and Surveillance
Für die digitale Übertragung von Daten und Sprache hat die ICAO drei verschiedene VDL-Modi zugelassen. Die wesentlichen technischen Merkmale sind in der Tabelle unten auf-geführt.
VDL Mode � wird derzeit in Europa für die Datenübertragung zwischen Lotsenarbeitsplatz und Cockpit (CPDLC) eingeführt und ist über der Flugfläche �85 ab �009 verpflichtend vor-geschrieben. Es wird erwartet, dass sich dieser Standard auch in den anderen Regionen durchsetzt; dem amerikanischen VDL Mode 3 werden keine großen Chancen eingeräumt. Die Zukunft von VDL Mode 4 ist noch offen, er bietet aber im Bereich „Navigation and Sur-veillance“ großes Potenzial.
Technische Details zum VHF Data Link
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Stdby 3Stdby 2
Stdby 1
HF-K
oppl
er
Antenne
Main 4
Bodenstation
Main 3Main 2
Main 1
Stdby 4
Service-PC
Rout
er
Sprachvermittlung
Funksysteme
Management-System
Sprachkommunikations-System
Technische Betriebszentrale
Leitstelle / Tower
OP 4OP 3
OP 2OP 1
Hör-Sprech-Garnitur
Lotsen-arbeitsplätze
Client-PC
Server¸RNMS 3000Router Gerätetreiber
Monitoring
PSTN / WAN
BILD 3 Prinzip eines Systems für die Kommunikation über mehrere Funkkanäle.
Service-PC
Man Machine InterfaceI2C MasterDisplay / Tastenfeld
FrontplatteStatus-LEDs
USB
I2C
TCXO / OCXO
StromversorgungsmodulAC / DCBatterie-Umschaltung
SendemodulPA 50 W (200 W Spitze)Aktive LinearisierungI/Q-Modulation (AM, D8PSK)Audio- / Daten-Verarbeitung
EmpfangsmodulEmpfänger-FrontendDemodulation (AM / D8PSK)Audio- / Daten-Verarbeitung
LAN LAN
Optionaler VDL-Prozessor*Medium Access Control (CSMA)Burst-ErzeugungForward Error Correction (RS)* Künftige Erweiterung
HDLC / AVLCLANAC / DC Audio Audio
USB
SSI-Daten (Serial Synchronous Interface)
Antenne
Hör-Sprech-Garnitur
BILD 4 Die modulare Architektur der R&S®Serie 4200 am Beispiel des VHFTransceivers R&S®XU4200, der mit allen Modulen bestückt ist.
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stellungen zur Anpassung an verschie-dene Systemumgebungen müssen nicht mehr per Jumper oder DIP-Schalter vor-genommen werden, auch ein Abgleich von Komponenten oder Modulen ist nicht erforderlich. Alle Kalibriervorgänge finden in der Fertigung statt, die ermit-telten Korrekturwerte sind in EEPROMS gespeichert.
Die Grundkonfiguration der Funkgeräte lässt sich komfortabel mit einen Service-PC erledigen, der am USB-Anschluss angeschlossen ist. Alle Einstellungen werden über eine übersichtliche gra-fische Bedienoberfläche vorgenommen.
Das konsequent digitale Design ermög-licht schnelles und kostengünstiges Realisieren kundenspezifischer Funk-tionen – einfach durch Anpassen der Software. Selbst komplexe Änderun-gen, die bisher ohne Modifikation der Hardware nicht realisierbar waren, sind möglich. Dadurch sind die Funkgeräte der R&S®Serie 4�00 auch in Zukunft für neue Funktionen offen, die heute noch gar nicht bekannt sind oder die erst später während der langen Geräte-nutzungsdauer aktuell werden.
Universell bedienbar
Die Bedienung der R&S®Serie 4�00 ist einfach, egal, ob die Geräte lokal über die Frontplatte, mit einem PC an der USB-Schnittstelle oder über die TCP/IP-Schnittstelle eingestellt werden. Für die Bedienung an der Frontplatte sind eine LCD-Anzeige und ein Tastenfeld vor-handen. Alle wichtigen Parameter sind direkt am Gerät einstell- und ablesbar, so dass es zusammen mit einer ange-schlossenen Hör-Sprech-Garnitur und einer Antenne auch eigenständig betrie-ben werden kann.
Für die Inbetriebnahme und den Ser-vice steht die PC-basierte Service- und Wartungs-Software R&S®ZS4�00 zur
Verfügung, mit der sich die Funkgeräte einstellen, Fehler- und Ereignisspei-cher auslesen oder die Gerätedaten wie Seriennummer und Software-Versio-nen ansehen lassen. Alle Parameter und Daten können lokal gespeichert und in ein anderes Gerät transferiert werden – ein wichtiges Feature beim Austausch von Geräten. Jedem Funkgerät lässt sich ein Name zuweisen, der auf dem Display angezeigt wird und die schnelle eindeu-tige Identifizierung aller Komponenten im Netzwerk sicherstellt.
Einige Einstellungen können mit dem Service- und Wartungs-Tool R&S®ZS4�00 gesperrt werden, um ein Verstellen der Geräte zu verhindern. So lässt sich z.B. die eingestellte Frequenz fixieren, so dass sie weder über die Frontplatte noch über die Fernbedien-schnittstelle verändert werden kann. Die lokale Bedienung kann komplett unter-bunden werden, die Geräte sind dann nur noch per Fernsteuerung einstellbar.
Ausgefeiltes Fernsteuerkonzept für landesweite Netze
Alle Funkgeräte der R&S®Serie4�00 sind mit einer IP-Schnittstelle ausgerüs-tet, über die sie aus der Ferne konfigu-riert und überwacht werden können. In größeren Netzen sind sie einem bzw. für Redundanz mehreren Servern zugeord-net, über die sie mit einem Client kom-munizieren. Server und Clients kön-nen landesweit verteilt sein, so dass sich die Architektur des Management-systems den betrieblichen Anforderun-gen des Anwenders anpassen lässt. Rohde&Schwarz bietet für die Fern-steuerung und Überwachung von Funk-geräten das Radio Network Manage-ment System R&S®RNMS3000 RCMS an, über dessen komfortable grafische Bedienoberfläche man jederzeit Über-blick über den momentanen Status aller im Netz verfügbaren Funkgeräte bekommt.
Alle Geräte der R&S®Serie 4�00 haben eingebaute Testroutinen, die ständig die Einhaltung aller Sollparameter über-wachen. Jede Abweichung wird sofort an das Radio Network Management Sys-tem gemeldet. Die Funkgeräte können den betrieblichen Anforderungen ent-sprechend parametrisiert sowie für War-tungsarbeiten im Testmodus betrieben werden.
Fazit
Mit der R&S®Serie 4�00 steht den Flug-sicherungsorganisationen eine neue Generation vielseitiger und kompakter Funkgeräte zur Verfügung, die dank ihrer modularen Architektur und ihres durch-gängig digitalen Designs zukunftssicher und obendrein auch kostengünstig im Unterhalt ist.
Bernhard Maier
Weitere Informationen und Datenblätter unter www.rohdeschwarz.com
(Suchbegriff: Serie4200)
Übersichtsbroschüre Datenblatt R&S®XU4�00
Datenblatt R&S®RNMS3000RCMS
Datenblatt R&S®ZS4�00
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