民航宽带数据链技术研究进展

摘要：民航通信业务的迅速发展，特别是地-空通信业务的快速增长，促进民用航空通信网络从窄带到宽带发展，特别是宽带数据链技术是近年来的研究热点和重点。本文主要分析了L波段数字航空通信系统的发展过程，总结了民航宽带通信发展现状。

关键词：宽带通信 数据链 单载波系统 多载波系统

中图分类号：V351.36 文献标识码：A文章编号：1007-9416(2011)08-0080-02

1、引言

新一代航空电信网（ATN）[1]是新航行系统的重要组成部分,是实施通信、导航、监视/空中交通（CNS/ATM）新航行系统的前提。其分为业务子网和通信子网，其中通信子网采用基于国际标准的公共接口服务和协议，由地-地、地-空和空-空通信网络互联来实现统一数据传输服务，是全球地空一体化的航空专用通信网络。可提供空中交通服务通信(ATSC)、航空运行控制(AOC)、航空管理通信(AAC)、航空旅客通信(APC)服务。

数据链是地空数据通信系统的简称，用于地面和飞机之间实现双向通信，提供数据传输服务支撑。民航数据链有甚高频（VHF）、高频（HF）、S模式和卫星通信等多种通信方式。为解决地-空的数据传输业务增长而带来的高通信速度要求和高带宽要求问题，国际民航组织（ICAO）要求民航通信从航空电报专用网络（ATFN）向ATN过渡。欧洲和美国在2015年之前部署完成VDL模式2数据链。我国也在展开部署的前期工作。

ATN采用VDL多种模式解决了以前模拟地-空通信中语音、数据、监视、导航的数据传输速率低下和错误率高等问题。并且增加了模拟地-空通信系统中所没有的数据传输功能。虽然，VDL模式4可以提供旅客在飞机上与地面网络的数据传输服务，但是，其速度和带宽还是相当受限。而且，客舱旅客的通信业务需求迅猛发展，通过ATN的数据链解决大量数据地-空传输已不现实，因此欧洲EUROCONTROL提出了未来航空通信系统（FAC）候选系统，即L波段数字航空通信系统类型1和2（L-DACS1和L-DACS2），利用L波段（960-1164MHz）构建新的地-空无线数据链路，来提高数据传输速度[2-4]。

本文主要分析了欧洲FAC的L-DACS1和L-DACS2的发展过程，总结了民航宽带通信发展现状。

2、L波段数字航空通信系统[2-4]

作为FAC候选数据链技术，L-DACS要求覆盖360公里的地理范围，支持1080公里/小时的飞机速度，200多架飞机的同时通信，4.8kbps话音速率和数据传输。根据载波调制方式不同，分成基于多载波调制技术发展起来的L-DACS1和基于单载波调制技术发展起来的L-DACS2两种类型。并且这两种类型分别基于不同的数据链技术发展起来的。L-DACS的基础结构图如图1所示。

2.1 L-DACS1系统

2.1.1 L-DACS1系统演进

L-DACS1系统由B-AMC（由B-VHF演进）[5]、TIA-902（P34）和WIMAX（IEEE902.16e）演进而来。最终采用OFDM调制技术进行多载波通信。

多载波调制技术用于民航数据链中最初是由欧洲框架第6项目组（FP6）提出的宽带甚高频（B-VHF）提出来，针对118-137MHzVHF频段使用多载波码分复用（MC-CDMA）和十分多址（TDM）技术，每个传输比特被编码成一个chips序列，然后改chips序列用OFDM多载波进行调制，子载波间隔是2kHz。因为VHF频带拥挤，B-VHF演进到L波段，称之为宽带航空多载波系统（B-AMC），仅仅使用OFDM调制，为克服高速移动造成的多普勒频移对信道性能的影响，子载波间隔增加到10kHz，并且带宽增加到两个使用频分复用的500kHz的信道。

另外一个无线数据链标准就是TIA-902，由电子工业协会（EIA）和通信工业协会（TIA）针对公共安全无线电而提出来的，它能覆盖187.5公里的距离，采用OFDM调制技术，使用L波段的5GHz信道。

2.1.2 L-DACS1功能简述

L-DACS1数据链路的地-空模型是一个多应用蜂窝宽带系统，能够通过部署不同的地面站同时提供各种空中交通服务（ATS）和AOC通信服务，并且能通过空-空接口直接在机载设备之间进行通信。L-DACS1提供双向点对点寻址数据链通信，分别为前向链路和反向链路实现。在前向链路中还具备广播功能，并且，L-DACS1能够集成到基于IP的ATN中。L-DACAS1主要用于数据通信，同时也支持语音通信。

L-DACS1支持多网络层协议，为各种用户服务提供协议透明传输。新的协议不用改动就可以应用到L-DACS1的协议数据层上。通过子网独立收敛协议（SNDCP）实现数据的网络层透明传输，而SNDCP位于L-DACS1的数据链路层的高层。

2.2 L-DACS2系统[3]

2.2.1 L-DACS2的演进

L-DACS2由LDL、AMACS[6]和UAT演进而来。最终采用TDM进行单载波调制通信。

LDL从航空器通信位置报告系统（ACARS）开始演进，ACARS被ATN的VDL所替代，VDL演进到L-DCAS2。1978年，ACARS开发出来，随后广泛应用到整个航空企业用于通信服务。ACARS运行在HF、VHF和SATCOM带宽上并且使用模拟通信，采用幅度调制。1990年，模拟转换到数字数据链，称之为甚高频数字链路（VDL），VDL共有四种模式，VDL1，VDL2，VDL3和VDL4，其中VDL1和VDL3没有部署。VDL2作为新航行系统的通信子网中的地-空数据链关键技术，现在已经在欧洲、韩国进行部署，中国也向VDL2数据链过渡。FAA也计划在美国下一代空中传输系统中部署VDL2。VDL2仅仅支持地-空通信，而VDL4还支持空-空通信。因为VHF频带拥挤，提出了L波段的VDL2和VDL4协议，称之为LDL2和LDL4，目前还没有进行部署。

除了民航数据链外，GSM在1998年发展了增强型时分复用技术（E-TDMA）[7]，该技术的关键特点是使用固定和按需时隙为各类航空器提供不同级别的QoS。而后改技术被用到AMACS系统中，进一步应用到L-DACS2系统。因为GSM工作频段在900MHz，1800MHz和1900MHz，采用GMSK调制技术。而L-DACS2也是用GMSK调制技术，并且工作在960-975MHz频段。这与GSM非常接近，因此，利用GSM演进到L-DACS2是一种必然选择。

UAT[8]运行在978MHz并且使用3MHz信道提供1Mbps的突发速率，采用TDMA接入，允许每个飞机每秒发送一个19字节或者34字节的ADS-B消息。该技术主要用在ADS-B系统中，信道占用带宽较宽，突发速率较高。在L-DACS2中需要考虑兼容UAT，提供ADS-B的消息传输功能。

2.2.2 L-DACS2功能简述

与L-DACS1不同，L-DACS2采用TDMA技术，提供半双工服务。在高密度空域能够在每个小区同时为204架飞机服务。采用有效的切换技术，来保证在飞机移动过程中得地-空通信的QoS。L-DACS2提供灵活的方案配置，支持点对点通信和广播通信，支持地-空、空-空通信需求。

3、结语

民航宽带通信是民航通信业务迅猛发展的必然需求。民航数据链经历了从模拟到数字，从低速到高速的阶段性发展。ATN的数据链技术必然向宽带方向发展。本文简要介绍了民航宽带数据链技术的最新进展，介绍了L-DACS系统的演进和功能，而对该系统的框架构成、帧结构、对其他系统的干扰需要进一步探讨。

参考文献

[1]Aeronautical telecommunications manual(ATN)comprehensive ATN manual(CAMAL),Part I,II,III,Ⅳ [z].1999.

[2]EUROCONTROL, "L-DACS1 System Definition Proposal: Deliverable D2," Feb 13, 2009, 175 pp.,.

[3]EUROCONTROL, "L-DACS2 System Definition Proposal: Deliverable D2," May 11, 2009, 121 pp.,.

[4]“Future Communications Infrastructure – Step 2: Technology Assessment Results,”.

[5].cn/qkpdf/szjs/szjs201108/szjs20110853.pdf" style="color:red" target="_blank">原版全文 推荐访问： 数据链 研究进展 民航 技术