LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)抗干擾能力研究

引 言

LINK-16 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)（Joint Tactical Information Distribution System，JTIDS），具有通信、導(dǎo)航以及識(shí)別功能，可供陸、海、空三軍使用，是一種大容量、抗干擾的數(shù)字式信息分配系統(tǒng)[1,2]?，F(xiàn)有的關(guān)于LINK-16 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)抗干擾能力的分析[3,4] 并未針對(duì)現(xiàn)有通信干擾機(jī)的具體干擾形式進(jìn)行。

本文分析了 LINK-16 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)，針對(duì)目前多種通信干擾的樣式，包括窄帶干擾（含單頻干擾）、掃頻干擾、跟蹤式干擾、部分頻帶干擾、脈沖干擾和寬帶壓制式干擾等，分析了LINK-16 數(shù)據(jù)鏈抵抗以上多種干擾的能力。

1 LINK-16數(shù)據(jù)鏈主要抗干擾技術(shù)

LINK-16 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)為了獲得強(qiáng)抗干擾能力，采用了信道編碼、直接序列擴(kuò)頻和高速跳頻等抗干擾技術(shù)。

1.1 RS信道編碼

LINK-16 數(shù)據(jù)鏈采用了RS（31，15）編碼的方式對(duì)抗干擾，每個(gè)RS 碼字即 5 b 信息，對(duì)應(yīng)成一次跳頻脈沖 6.4 us 內(nèi)傳輸?shù)男畔?，于是一個(gè)頻點(diǎn)上的干擾只會(huì)導(dǎo)致一個(gè) RS 碼字的錯(cuò)誤。RS（31，15）最多可糾正 8 個(gè)錯(cuò)誤或刪除 16 個(gè)錯(cuò)誤。若無(wú)準(zhǔn)確獲知被干擾頻點(diǎn)即錯(cuò)誤位置的方法，只能糾正 8 個(gè)碼字錯(cuò)誤，換算成對(duì)抗部分頻帶干擾能力，可對(duì)抗 25.8%（8/31）的頻點(diǎn)干擾 ；若能可靠獲知被干擾的頻點(diǎn)，則最多可應(yīng)對(duì) 16 個(gè)擦除錯(cuò)誤，即可對(duì)抗 51.2%（16/31）的頻點(diǎn)干擾。

1.2 直接序列擴(kuò)頻

LINK-16 數(shù)據(jù)鏈采用循環(huán)碼移位鍵控（Cyclic Code Shift Keying，CCSK）的直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，采用 32 位循環(huán)碼實(shí)現(xiàn)對(duì)5 b 信息的擴(kuò)頻調(diào)制。直接序列擴(kuò)頻具有抗寬帶干擾能力， 通過(guò)接收端采用的相關(guān)解擴(kuò)處理，將寬帶有用信號(hào)壓縮為窄帶信號(hào)，而將寬帶干擾信號(hào)帶寬擴(kuò)展，通過(guò)后續(xù)的窄帶濾波器將大部分寬帶干擾濾除。

1.3 高速跳頻

LINK-16數(shù)據(jù)鏈采用逐脈沖跳頻工作模式，每個(gè)脈沖的工作頻點(diǎn)在 960MHz～1215MHz 頻段內(nèi)隨機(jī)跳變，跳頻頻點(diǎn)數(shù)為 51個(gè)，每個(gè)頻點(diǎn)的帶寬為 3MHz。每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間為 6.4 us，脈沖間隔為 6.6 us，跳速為 76 923 跳 / 秒。

2 LINK-16數(shù)據(jù)鏈抗干擾能力分析

目前通信干擾機(jī)的主要干擾模式有窄帶干擾（含單頻干擾）、掃頻干擾、跟蹤式干擾、部分頻帶干擾、脈沖干擾和寬帶壓制式干擾。

2.1 窄帶干擾

對(duì)于LINK-16 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，每個(gè)頻點(diǎn)的帶寬在 3 MHz， 對(duì)于帶寬在幾百 kb / s 內(nèi)的窄帶干擾，包括大功率連續(xù)波干擾，如果窄帶干擾落在信號(hào)帶寬范圍內(nèi)，可以采用濾波方式， 對(duì)窄帶干擾進(jìn)行抑制。干擾帶寬達(dá)到LINK-16 數(shù)據(jù)鏈信號(hào)帶寬的窄帶干擾，目前此類干擾機(jī)的功率最高可達(dá)到 100 kW，考慮敵方的安全干擾距離為 150 km，則干擾信號(hào)到達(dá)接收機(jī)處的干擾信號(hào)功率為－ 60 dBm，低于LINK-16 接收機(jī)的飽和功率，因此最多只對(duì)單一頻點(diǎn)承載的信息造成影響，考慮LINK-16 系統(tǒng)采用的RS 編譯碼，因此能抵抗單一頻點(diǎn)被破壞的干擾。

2.2 掃頻干擾

掃頻干擾需要先獲得跳頻通信頻段和工作頻率表，然后按照跳頻頻率間隔，從頻率低端到高端，每隔一段時(shí)間出現(xiàn)一個(gè)窄帶的干擾頻譜，并不斷重復(fù)這種頻率掃描過(guò)程。對(duì)于LINK-16 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，采用了高速跳頻抗干擾技術(shù)，如果掃頻速率過(guò)快，在掃頻干擾的窄帶干擾信號(hào)駐留時(shí)間內(nèi)，未必能碰上跳頻的通信頻率 ；如果掃頻速率過(guò)慢，在掃頻干擾的窄帶干擾信號(hào)駐留時(shí)間內(nèi)，能夠碰撞上某一個(gè)工作頻點(diǎn)，由于LINK-16 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用RS 編譯碼，具有抗部分點(diǎn)頻干擾能力，也無(wú)法對(duì)端機(jī)實(shí)現(xiàn)有效干擾；掃頻干擾只有識(shí)別跳頻規(guī)則， 才能對(duì)端機(jī)實(shí)現(xiàn)有效干擾，對(duì)于跳速達(dá)到 76 923 跳 / 秒的高速跳頻系統(tǒng)，很難獲得跳頻圖案。

2.3 跟蹤式干擾

跟蹤式干擾的干擾信號(hào)能跟蹤跳頻信號(hào)頻率跳變的干擾方式，主要有波形跟蹤干擾、轉(zhuǎn)發(fā)干擾等。由于LINK-16 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用高速跳頻抗干擾技術(shù)，跳頻圖樣滿足偽隨機(jī)特性，因此破解跳頻圖樣進(jìn)行波形跟蹤干擾基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

由于 LINK-16 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用窄脈沖通信方式，脈沖駐 留時(shí)間為 6.4 us，轉(zhuǎn)發(fā)跟蹤式干擾應(yīng)采用同頻干擾，干擾信號(hào) 必須在信號(hào)駐留時(shí)間（即 6.4 μs）內(nèi)到達(dá)通信接收機(jī)，才有可 能實(shí)現(xiàn)有效干擾。電磁波在 6.4 μs 傳播的距離約為 1.92 km， 假設(shè)不計(jì)完成偵收和干擾引導(dǎo)所需的時(shí)間，記收發(fā)端距離為 Rtr，Rjt、Rjr 分別為干擾機(jī)到發(fā)射端機(jī)和接收端機(jī)的距離，為保 證干擾有效，必須保證（Rjt+Rjr）－ Rtr ≤ 1.92，即干擾機(jī)必須 布置在以收發(fā)信機(jī)為焦點(diǎn)的橢圓區(qū)域內(nèi)，干擾機(jī)如果距離我 方端機(jī) 150 km 外的安全距離，不滿足有效干擾要求，很難實(shí) 施跟蹤式干擾。

2.4 部分頻帶干擾 

高速變速跳頻與 RS 糾錯(cuò)碼相結(jié)合，能夠抵抗部分頻帶 干擾。RS（31，15）的信道編碼可以對(duì)抗 25.8%（8/31）的頻 點(diǎn)干擾，即在完整的 51 個(gè)頻點(diǎn)上進(jìn)行跳頻通信時(shí)，12 個(gè)以上 的跳頻點(diǎn)被有效干擾，LINK-16 節(jié)點(diǎn)將不能正常通信工作。若 能可靠獲知被干擾的頻點(diǎn)，則 RS（31，15）的信道編碼最多 可應(yīng)對(duì) 16 個(gè)擦除錯(cuò)誤，即可對(duì)抗 51.2%（16/31）的頻點(diǎn)干擾， 25 個(gè)以上的跳頻點(diǎn)被有效干擾時(shí)，LINK-16 節(jié)點(diǎn)將不能正常 通信工作。

2.5 脈沖干擾 

當(dāng)效脈沖干擾是在 LINK-16 數(shù)據(jù)鏈工作頻段范圍內(nèi)，與 LINK-16 信號(hào)脈沖寬度、脈沖重復(fù)率和消息結(jié)構(gòu)近似匹配的 脈沖信號(hào)。

干擾信號(hào)也逐脈沖跳頻時(shí)，下面舉例最有效的脈沖干擾 對(duì) LINK-16 數(shù)據(jù)鏈通信性能的影響。假定脈沖干擾的頻點(diǎn)與 LINK-16 工作頻點(diǎn)在某時(shí)刻完全一致，則該頻點(diǎn)被壓制無(wú)法 通信，不考慮跳時(shí)的躲避干擾作用，記頻點(diǎn)數(shù)為 N，則干擾和 通信頻點(diǎn)完全碰撞的概率為 1/N2，考慮高速跳頻體制和 RS 編 碼相結(jié)合抗頻帶干擾的能力，RS 碼仍能正確譯碼，脈沖干擾 有效的概率近似為 1/N，考慮跳時(shí)的作用，干擾脈沖和有用信 號(hào)脈沖同時(shí)達(dá)到的概率很小。

2.6 寬帶壓制干擾

采用干擾容限評(píng)估跳頻系統(tǒng)的抗寬帶壓制干擾能力。干擾容限定義為跳頻通信系統(tǒng)能維持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)正常工作（滿足正常解調(diào)要求的最小輸出信噪比）的實(shí)際抗干擾能力，用 Cj 表示， 其表達(dá)式為[5] ：

其中，Gp 為跳頻或擴(kuò)頻通信的處理增益，（S/N0）out 為接收機(jī) 解調(diào)輸出端所需的最小信噪比，LS 為系統(tǒng)解調(diào)解擴(kuò)的固有處理 損耗，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般為 1 ～ 2.5 dB 數(shù)量級(jí)，最大不應(yīng) 超過(guò) 3 dB。跳頻系統(tǒng)的處理增益 Gp 定義為信號(hào)總帶寬 W 和 信息帶寬 B 的比值，如果頻域上相鄰頻點(diǎn)的頻譜不交疊，可 認(rèn)為 Gp 為全部可用頻點(diǎn)數(shù) N，即 ：

LINK-16 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的跳頻頻點(diǎn)數(shù)為 51 個(gè)，相鄰頻點(diǎn)頻 譜不交疊，因此，跳頻處理增益為 17 dB。為了得到 10-5 的誤 碼率，調(diào)制方式為 MSK，編碼方式為 RS（31，15）的波形檢 測(cè)信噪比為 8.8 dB[6]，由于采用了（5，32）擴(kuò)頻，可以獲得約 8 dB 的擴(kuò)頻增益，因此（S/N0）out 為 0.8 dB。取 Ls=1 ～ 2 dB， 根據(jù)式（2）可得到 LINK-16 系統(tǒng)的干擾容限為 15 dB。即為了 壓制干擾 LINK-16 的通信，實(shí)現(xiàn)與干擾常規(guī)定頻通信同樣的 效果，需要多付出的功率代價(jià)為 15 dB。

3 結(jié) 語(yǔ)

LINK-16 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用高速跳頻、直接序列擴(kuò)頻和高效信道編碼等抗干擾技術(shù)，能夠有效抵抗窄帶干擾（含單頻干擾）、掃頻干擾、跟蹤式干擾和脈沖干擾，對(duì)于部分頻帶干擾， 當(dāng)干擾頻段覆蓋 12 個(gè)以下的LINK-16 工作頻點(diǎn)時(shí)，組網(wǎng)通信能夠正常進(jìn)行；對(duì)于寬帶壓制式干擾，LINK-16 數(shù)據(jù)鏈的干擾容限為15 dB。因此對(duì)于LINK-16 數(shù)據(jù)鏈的最有效干擾手段為： 干擾信號(hào)頻段壓制 12 個(gè)以上的工作頻點(diǎn)，并且保證接收節(jié)點(diǎn)的干擾總功率比有用信號(hào)功率大15 dB。