LDACS1のビット誤り率特性の改善
監視通信領域
北折 潤、塩見 格一

2016/6/10

目次• はじめに• LDACS1概要• フェージング環境下のLDACS1 BER特性• 改善策– 実験– 考察• まとめ1

はじめにAir Navigation Conference/11• 十分な通信性能• ATMの効率化を考慮した通信の高度化が必要と勧告

Action Plan 17• 洋上・陸域・空港面それぞれの領域に適切な通信システムを選定• 陸域向けシステム4種類はどれもLバンドを使用
4種類を2種類にまで集約

L-band Digital Aeronautical Communications System
Type 1/Type 22

これまでの背景• VDLに代わる陸域高速DLとしてLDACS提案– 他のARNSシステムとの共用問題– LDACS1とLDACS2に互換性なし– 高速伝送、周波数利用効率等でLDACS1優位• LPES（LDACS物理層実験システム）– フェージング環境下でLDACS1のBER特性劣化– リンク方向によってBER劣化度合いが異なる

受信機側での信号処理法を見直し、フェージング環境下でのLDACS1のBER改善を図る
3

LDACS1概要• OFDM（直交周波数分割多重方式）
航空機局→地上局• FDD（周波数分割複信方式）– FL（フォワードリンク）とRL（リバースリンク）は別々の周波数チャネル
地上局→航空機局

4

LDACS1信号配置図

5

LDACS1主要諸元
使用周波数帯960-1164[MHz]

複信方式

FDD

アクセス方式

OFDMA

変調方式

4/16/64QAM+OFDM

チャネル幅498.05[kHz] x 2

ビット伝送速度833.33～2500.0[kbps]

誤り訂正 （外符号）（内符号）

リードソロモン（パンクチャド）畳み込み

FFTサイズ64

サンプリング時間

1.6[μs]

OFDMシンボル長120[μs]

サブキャリア数50

サブキャリア間隔

9.765625[kHz]6

BER特性測定実験環境
フェージングシナリオ（AWGN）
ENR
TM
APT

LPES

搬送波周波数設定：970MHz
7フェージング環境設定

環境名

設定

（AWGN（加法性白色ガウス雑音））

フェージングなし
直接波のみ
移動体速度（0）ENR（エンルート）

Riceフェージング（Kファクタ 15dB）
直接波と2遅延波（0.3μs，15μs）
移動体速度（600knot）

TM（ターミナル）

Riceフェージング（Kファクタ 10dB）
ドップラモデル（Jakes）
移動体速度（300knot）

APT（空港面）

Rayleighフェージング
ドップラモデル（Jakes）
移動体速度（200knot）

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BER特性実験結果（TM環境、初期実装）
LDACS1 BER performances (TM, FEC)

Bit Error Rate

10 010-1

10-2

C/Nが大きくなってもBERが高いまま

10-310-410-510-610FL
RL-7468101214161820C/N [dB]9FLとRLのBER特性差の要因• 判定帰還型等化器– 1OFDMシンボル前の伝搬路推定値を現在の推定値で更新する等化方法• FLデータフレーム（一部）パイロット信号の時間的配置がOFDMシンボル毎• RLデータフレーム

パイロット信号の時間的配置が飛び飛び
10等化アルゴリズム

1つ前のOFDMシンボルで推定した伝搬路状態を更新

判定帰還型等化器
FL

RL
RLではパイロット信号のないOFDMシンボルがある

内挿型等化器RL

1番目赤、2番目黄、3番目青

一旦、先に数シンボルをバッファに入れ内挿計算で等化する
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実装等化器一覧
等化器
番号

等化方式

補間計算

補間対象行列1

判定帰還型、ゼロフォーシング

線形按分

H-1

2

内挿型、ゼロフォーシング

線形按分

H

3

内挿型、ゼロフォーシング

線形按分

H

4

内挿型、ゼロフォーシング

位相按分

H

5

判定帰還型、ゼロフォーシング

位相按分

H-1

6

判定帰還型、最小平均二乗誤差

位相按分

H-1

7

内挿型、最小平均二乗誤差

位相按分

H8

判定帰還型、最小平均二乗誤差

位相按分

H12

RLデータフレームパイロット信号配置パターン

オリジナルパターン

パターン1パターン2パターン313

結果比較概要
等化器
番号等化方式

補間計算

補間対象行列BER特性改善度

1判定帰還型、ゼロフォーシング

線形按分

H-1

○2内挿型、ゼロフォーシング

線形按分

H

△3内挿型、ゼロフォーシング

線形按分

H

☓

4内挿型、ゼロフォーシング

位相按分

H

☓5

判定帰還型、ゼロフォーシング

位相按分

H-1

○6判定帰還型、最小平均二乗誤差

位相按分

H-1

○7内挿型、最小平均二乗誤差

位相按分

H

△

8

判定帰還型、最小平均二乗誤差

位相按分

H

○+パイロットパターン314

BER特性実験結果（TM環境）LDACS1 BER performances (TM, FEC)

Bit Error Rate

10 010-110-210-310-410-510-610FL
RL-7468101214161820C/N [dB]15

BER特性実験結果（TM環境）LDACS1 BER performances (TM, FEC)

Bit Error Rate

10 010-110-210-310-410-510-610FL
RL
RL improved-7468101214161820C/N [dB]16

BER特性実験結果（ENR環境）LDACS1 BER performances (ENR, FEC)

Bit Error Rate

10 010-110-210-310-410-510-610FL
RL-7468101214161820C/N [dB]17

BER特性実験結果（ENR環境）LDACS1 BER performances (ENR, FEC)

Bit Error Rate

10 010-110-210-310-410-510-610FL
RL
RL improved-7468101214161820C/N [dB]18

BER特性実験結果（APT環境）LDACS1 BER performances (APT, FEC)

Bit Error Rate

10 010-110-210-310-410-510-610FL
RL-7468101214161820

C/N [dB]
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BER特性実験結果（APT環境）LDACS1 BER performances (APT, FEC)

Bit Error Rate

10 010-110-210-310-410-510-610FL
RL
RL improved-7468101214161820

C/N [dB]
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RLデータフレームBER改善に関する考察• 今回BER改善に最も効果があった方法– 等化器8番とパターン3の組み合わせ– TMとENRでFLデータフレーム程度のBERまで改善• 判定帰還型等化器＋オリジナルパターンでは伝搬路推定の更新間隔が広く、古い伝搬路推定状態を引きずるた
めBERが劣化• パターン3はスキャッタドパイロットで各OFDMシンボル内の補間精度は下がるものの、毎回伝搬路推定状態が更新され判定帰還型等化器の特性に適合• 内挿型等化器での改善効果は低かった– オリジナルパターンに対しては多少改善効果あり– 一部補外計算となる等伝搬路推定性能が不十分
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RLデータフレームBER改善に関する考察-2• APTでの特性– 等化器8番とパターン3の組み合わせが最良– しかしC/N=20[dB]で誤り訂正後BERが10-2程度• 現実的には、受信点からみた電波の到来方向に偏りがあるとみられ、Riceフェージングに近い状況になればBERは低下すると期待できる• 誤り訂正適用後BERが10-4程度以下であれば、上位層の再送機能等によって伝送情報の補償が可能

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まとめ• LPES及びフェージングシミュレータを利用して、フェージング環境におけるLDACS1のBER特性を調査• 規定上のRLデータフレームのパイロット信号配置ではフェージング環境に弱く、FLデータフレームに比べて著しくBER特性が劣化• 等化方式自体は判定帰還型を使うものの、RLデータフレー
ムのパイロット信号配置をスキャッタドパイロットとした場合、FLデータフレーム程度までBER特性を改善できた

航空用データリンクは航空機の高速移動が前提
マルチパスフェージング等が通信性能に大きく影響
本研究の成果・知見は、OFDMベースの航空用高速データリンクの通信性能改善に役立つ
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ご清聴
ありがとうございました24