Aeronautische Kommunikation



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Die Arbeitsgruppe „Aeronautische Kommunikation“ entwickelt zum einen zukünftige digitale Funksysteme für den Einsatz in der Luftfahrt. Insbesondere werden neue Übertragungsverfahren für die Luftverkehrskontrolle (Air Traffic Control, ATC) und das Luftverkehrsmanagement (Air Traffic Management, ATM) entworfen, bewertet und als Prototypen in FPGA-Technologie implementiert. Den Schwerpunkt der Entwicklungen bilden dabei auf OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) basierende Mehrträgervielfachzugriffssysteme, wie beispielsweise OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple-Access) oder OFDM-TDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing Time-Division Multiple-Access).

Zum anderen wird die globale Kommunikationsvernetzung in der Luftfahrt vorangetrieben und zwar in den Bereichen ATC/ATM, Airline-Kommunikation (Airline Operational Communication, AOC; Airline Administrative Communication, AAC) und Passagierkommunikation (Airline Passenger Communication, APC). Dies beinhaltet „Ad-hoc Routing“-Verfahren für den Einsatz zwischen Flugzeugen sowie Protokollentwürfe und -validierungen für ein IP(v6) basierendes Netzwerk für die aeronautische Kommunikation. Dabei werden die damit verbundenen Problemstellungen im Bereich Routing, Mobilität und Sicherheit bearbeitet.

Darüber hinaus ist die Arbeitsgruppe als Berater des BMVBW und der DFS im „Aeronautical Communications Panel“ (ACP) tätig, dem Standardisierungsgremium der ICAO zum Thema Luftfahrtkommunikation.


Forschungsthemen der Arbeitsgruppe

  • Entwicklung und Validierung zukünftiger digitaler Funksysteme für die Luftfahrt
    • Systemdesign OFDM basierter Mehrträgersysteme sowohl für die Kommunikation zwischen Flugzeug und Bodenstation (En-route, TMA, Flughafen) als auch für die Flugzeug-Flugzeug-Kommunikation
    • Verfahren zur Interferenzunterdrückung in OFDM-Empfängern
    • OFDM-Empfängeroptimierung zum Einsatz im aeronautischen Umfeld
    • Robuste Zugriffsverfahren und Protokolle in selbstorganisierenden aeronautischen Kommunikationsnetzen
    • Vermessung und Modellierung des aeronautischern Ausbreitungskanal
    • FPGA-Implementierung von Labordemonstratoren
  • Umsetzung der DLR-Vision „Vernetzung des Himmels“
    • Anpassung heterogener Kommunikationsnetzwerke an die Anforderungen im aeronautischen Umfeld
    • Mobilitäts- und Handoverunterstützung in heterogenen aeronautischen Netzwerken (Mobile IP, IEEE 802.21)
    • Authentifizierung in sicherheitskritischen, aeronautischen Netzwerken (Sicherheitsprotokolle, Public-Key Infrastructure)
    • Anpassung selbstorganisierender Ad-hoc-Netze an die Anforderungen im aeronautischen Umfeld
    • Scheduling-, Routing-, und Gateway-Discovery-Verfahren für aeronautische Ad-hoc-Netze
    • Aufbau und Betrieb eines IP(v6) Mobility Testbeds


Laufende Projekte

  • EU-Projekt SANDRA (Seamless Aeronautical Networking through Integration of Data links, Radios, and Antennas)
    [Abschluss: September 2013]
    Konzepterstellung, Demonstratoraufbau und Validierung eines integrierten Kommunikationsnetzes für ATM, AOC/AAC und APC. Fortsetzung des EU-Projektes NEWSKY mit Schwerpunkt Implementierung sowie Entwicklung des AeroMACS-Standards basierend auf WiMAX für die Flughafenkommunikation.
    Link zur Projekt-Webseite:
    http://www.sandra.aero/
  • SJU-Projekt P15.2.4 (Future Mobile Data Link System Definition)
    [Abschluss: Dezember 2012]
    Im Rahmen des SJU wird die zukünftige ATM Infrastruktur entwickelt und implementiert, inklusive Kommunikation und Navigation. DFS-Unterauftrag für WP15.2.4 „Future Mobile Data Link System Definition“.
    Link zur SESAR-Webseite:
    http://www.sesarju.eu/
  • ESA-Projekt ANTARES (ESA Iris Phase B)
    [Abschluss: Oktober 2010]
    Untersuchung von OFDMA als Zugriffssystem für die aeronautische Satellitenkommunikation.
    Link zur Projekt-Webseite:
    http://telecom.esa.int/telecom/www/area/index.cfm?fareaid=56
  • LuFo IV Projekt iLKom (innovative L-Band Kommunikation)
    [Abschluss: März 2013]
    Der DLR-Beitrag zu iLKom wird im Teilprojekt 2 „Technologieplattform für die Zulassung zukünftiger L-Band Systeme“ erbracht. Hier unterstützt das DLR die Implementierung von L-DACS1 auf ein FPGA-Board und führt die Verifikation der erstellten Technologieplattform durch.
  • LuFo IV Projekt HETEREX (Heterogener komplexer Flugverkehr)
    [Abschluss: Dezember 2012]
    Effizienzsteigerung im Management des Luftverkehr durch moderne Technologien und innovative Verfahren. Die Arbeitsgruppe trägt zur Bewertung des sektorlosen Fliegens aus Kommunikationssicht bei.
  • DLR-Projekt B-DLR (Broadband Data Link Radio)
    [Abschluss: Dezember 2010]
    Entwicklung und Implementierung eines auf OFDM basierenden breitbandigen Datenlinks für das Forschungsflugzeug ATRA.
  • DLR-Projekt A2A (Air-to-Air Data Links and Applications)
    [Abschluss: Dezember 2012]
    Entwicklung und Bewertung eines Air/Air Datenlinkkonzepts unter Beachtung der relevanten, zukünftigen Applikationen und einer Satellitenlinkintegration.


Auswahl abgeschlossener Projekte

  • EU-Projekt B-VHF (Broadband VHF Aeronautical Communications System Based on MC-CDMA)
    [Abschluss: September 2006]
    Konzeptentwurf und Demonstratoraufbau für ein leistungsfähiges, auf OFDM/MC-CDMA beruhendes „Overlay“-System für den Flugfunk.
    Link zur Projekt-Webseite:
    http://www.b-vhf.org/
  • Eurocontrol-Projekte zu B-AMC (Broadband Aeronautical Multi-carrier Communications System)
    [Abschluss: Februar 2008]
    Machbarkeitsstudie und Interferenzuntersuchung, ob B-VHF (siehe oben) im L-Band betreiben werden kann, da dieses Band für den zukünftigen Flugfunk vorgesehen ist.
    Link zur Eurocontrol-Webseite (Abschlussberichte): http://www.eurocontrol.int/communications/public/site_preferences/display_library_list_public.html
  • Eurocontrol-Projekt L-DACS1 (L-Band Digital Aeronautical Communications System Type 1)
    [Abschluss: April 2009]
    Harmonisierung von B-AMC mit P34 und WiMAX zum L-DACS 1 Vorschlag und Erstellung der L-DACS 1 Spezifikation.
    Link zur Eurocontrol-Webseite (Abschlussberichte): http://www.eurocontrol.int/communications/public/site_preferences/display_library_list_public.html
  • EU-Projekt EMMA 2 (European Airport Movement Management by A-SMGCS)
    [Abschluss: Februar 2009]
    Entwicklung eines A-SMGCS (Advanced Surface Movement, Guidance and Control System) und Integration in das Gesamt-ATM (Air Traffic Management) System – Fortsetzung der Arbeiten von EMMA I mit dem Ziel der Operationalisierung und Standardisierung. Schwerpunkt in Arbeitsgruppe: Flughafendatenlink und Kanalmessungen am Flughafen München im C-Band (5 GHz).
    Link zur Projekt-Webseite:
    http://www.dlr.de/emma2/
  • DFG-Projekt TAKOKO I und II (Techniken, Algorithmen und Konzepte für COFDM Systeme zur Koexistenz mit autorisierten Systemen im selben Frequenzband)
    [Abschluss: Juni 2007]
    DFG-Schwerpunktsprogramm TakeOFDM
    Nachweis der Machbarkeit von COFDM basierten „Overlay”-Systemen mit Schwerpunkt Koexistenz zwischen „Overlay”- und autorisiertem System.
    Link zur TakeOFDM-Webseite:
    http://www.et2.tu-harburg.de/DFG-TakeOFDM/
  • DFG-Projekt OOS (OFDM-based Overlay Systems)
    [Abschluss: Dezember 2008]
    DFG Einzelantrag
    Nachfolge von TAKOKO I und II
  • DLR-Projekt FACTS (Future Aeronautical Communications Traffic Simulator)
    [Abschluss: Juni 2009]
    Entwicklung eines Simulationstools, das eine realistische Simulation des gesamten Flugfunkaufkommens in einem bestimmten Gebiet erlaubt, um bestehende und neue ATM (Air-Traffic Management) Kommunikationssysteme hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit im operationellen Betrieb zu untersuchen.
  • EU-Projekt NEWSKY (Networking the Sky)
    [Abschluss: August 2009]
    Konzepterstellung und Validierung für ein integriertes, heterogenes Kommunikationsnetzwerk für ATC/ATM, AOC/AAC und APC.
    Link zur Projekt-Webseite:
    http://www.newsky-fp6.eu/


Highlights der letzten Jahre

Erfolgreiche Demonstration von B-VHF
[September 2006]
Im Rahmen des EU-Projektes B-VHF wurde ein auf OFDM basierendes „Overlay“-System für den Flugfunk im VHF-Band entwickelt und als Demonstrator aufgebaut. Die erfolgreiche Demonstration von B-VHF für Eurocontrol im DLR Oberpfaffenhofen hat die Folgearbeiten zu B-AMC (Broadband Aeronautical Multi-carrier Communications System) getriggert (siehe übernächster Punkt).

Vermessung der Ausbreitungsbedingungen am Flughafen München
[November 2007]
Das DLR hat am Flughafen München in einer Messkampagne die Ausbreitungsbedingungen zwischen Tower und rollendem Flugzeug im C-Band (5 GHz) vermessen. Die Messdaten wurden genutzt, um Kanalmodelle für die Simulation neuer Datenlinktechnologien zu gewinnen. Das C-Band (5091-5150 MHz) ist auf der „World Radio Conference“ (WRC) 2007 für die aeronautische Kommunikation im Flughafenbereich freigegeben worden.

Adaption von B-VHF für die Nutzung im L-Band – B-AMC Projekt
[Februar 2008]
Im Auftrag von Eurocontrol wurde B-VHF zur Nutzung im L-Band weiterentwickelt, wobei insbesondere die spezielle Interferenzsituation im L-Band berücksichtigt werden musste. B-AMC ist als „Inlay“-System ausgelegt, das zwischen den Kanälen der bereits existierenden Navigationssysteme arbeiten kann.

ICAO ACP Empfehlung zur Weiterentwicklung von B-AMC
[April 2008]
Das „Aeronautical Communications Panel“ (ACP) der ICAO hat die Weiterentwicklung von B-AMC als zukünftiges aeronautisches Kommunikationssystem im Rahmen der „Future Communications Infrastructure“ empfohlen. Basierend auf B-AMC soll eine Weiterentwicklung (L-Band Digital Aeronautical Communications System Typ 1, L-DACS1) erfolgen, wobei vorteilhafte Eigenschaften von P34 und WiMAX zu berücksichtigen sind.

Spezifikation von L-DACS1
[Februar/März 2009]
Im Auftrag von Eurocontrol wurde eine Spezifikation für L-DACS1 entwickelt. Diese dient als Ausgangspunkt für die weiteren Entwicklungen von L-DACS1 im Rahmen des SESAR Joint Undertakings.

Fertigstellung eines Kommunikationssimulators für die Luftfahrt
[Juni 2009]
Im DLR-internen Projekt FACTS (Future Aeronautical Communications Traffic Simulator) ist ein Simulationstool entwickelt worden, das eine realistische Simulation des gesamten Flugfunkaufkommens in einem bestimmten Gebiet erlaubt. Damit ist es nun möglich, bestehende und neue ATM (Air-Traffic Management) Kommunikationssysteme hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit im operationellen Betrieb zu bewerten.

Demonstration der DLR-Vision „Vernetzung des Himmels“
[September 2009]
Zum Abschluss des EU-Projektes NEWSKY (NEtWorking the SKY for Aeronautical Communications), das durch das DLR initiiert und geleitet wurde, fand im DLR Oberpfaffenhofen eine Abschlussdemonstration statt, in der die Umsetzung der DLR-Vision der „Vernetzung des Himmels“ nachgewiesen wurde.


Kontakt
Dr.-Ing. Michael Schnell
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Kommunikation und Navigation
, Nachrichtensysteme
Tel: +49 8153 28-2858

Fax: +49 8153 28-1871

E-Mail: Michael.Schnell@dlr.de
URL dieses Artikels
http://www.dlr.de/kn/desktopdefault.aspx/tabid-4134/6606_read-9563/