为了满足各战场用户大容量信息共享和传输需要,数据链系统已成为不可缺少的部分。特别是随着一大批先进无人机、直升机等装备部队,研究一种适合空中运动平台之间,具有高灵活性、高带宽、支持IP的机载数据链系统具有重要的意义。本文将在分析外军数据链研究成果和现有机载数据链存在的问题的基础上,结合全球信息栅格(GIG)系统,给出机载数据链的总体设计构想和设计要求,然后采取自顶向下的方法介绍和研究数据链各层的设计方案。首先,提出了层次化的网络体系结构,将其划分为互联网层和数据链层两部分,并给出了在互联网层中建议采用的部分协议;在分析系统组网要求的基础上,讨论了现有数据链多址接入方案的优缺点,提出了一种适合机载数据链组网要求的多址接入方案——基于信道统计和业务优先级的多址接入方案,并对该方案做了详细分析;其次,研究了机载数据链的波形设计方案。通过分析现有数据链波形设计方案,提出了机载数据链波形设计整体要求,在此基础上给出了系统的帧结构设计方案;最后,详细研究了物理层多载波调制技术。在分析、对比三种多载波CDMA的基础上,选择MT-CDMA方案作为机载数据链的候选方案;结合机载数据链的工作场景,通过理论推导和Matlab仿真,详细分析了MT-CDMA方案在存在频率偏移信道条件下的性能;将此结果与其他多载波方案作比较,证明了MT-CDMA在机载数据链系统中的可行性。