L频段数字航空通信系统的UFMC波形设计
收稿日期: 2024-04-24
修回日期: 2024-08-22
网络出版日期: 2024-09-24
基金资助
国家重点研发计划(2022YFB3904503);国家自然科学基金(U2233216);中国民航大学研究生科研创新项目(2023YJSKC02005)
UFMC waveform design for L-band digital aeronautical communication systems
Received date: 2024-04-24
Revised date: 2024-08-22
Online published: 2024-09-24
L频段数字航空通信系统（LDACS）是未来航空宽带通信主要的候选方案之一。LDACS系统的频谱内嵌在测距仪（DME）相邻波道之间，其采用的正交频分复用（OFDM）调制技术带外辐射较大，会对DME系统造成一定影响，且OFDM波形的频带利用率不高。为此，提出一种基于通用滤波多载波（UFMC）的LDACS波形设计方法。首先参考LDACS系统OFDM体制，设计基于UFMC的收发信机框架；然后选择Chebyshev原型滤波器，通过插值掩蔽的方法设计适合UFMC系统的锐截止滤波器；最后分别和基于OFDM、滤波OFDM的LDACS系统进行性能对比。仿真结果表明，UFMC波形设计方法在不影响系统误码率的前提下，获得了较低的带外辐射功率、较低的峰均功率比和较高的时频效率。
关键词： L频段数字航空通信系统（LDACS）; 通用滤波多载波（UFMC）; 波形设计; 带外泄漏; 峰均功率比; 正交频分复用（OFDM）; 功率谱密度; 时频效率
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The L-band digital aeronautical communication system （LDACS） is one of the primary candidate solutions for future aviation broadband communication. The spectrum of the LDACS system is embedded between adjacent channels of the distance measuring equipment （DME）. The orthogonal frequency-division multiplexing （OFDM） modulation technique it employs results in significant out-of-band radiation， causing some interference with the DME system. Additionally， the OFDM waveform has a relatively low frequency band utilization. To address these issues， a waveform design method for LDACS based on universal-filtered multi-carrier （UFMC） is proposed. Initially referencing the OFDM configuration of the LDACS system， a transceiver framework based on UFMC is designed. Subsequently， Chebyshev prototype filters are chosen， and a method involving interpolation masking is employed to design sharp cutoff filters suitable for the UFMC system. Finally， the performance is compared with LDACS systems based on OFDM and filtered OFDM. Simulation results indicate that the UFMC waveform design method， while maintaining system error rates， achieves lower out-of-band radiation， reduced peak to average power ratio， and improved time-frequency efficiency.
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