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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