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）編碼的方式對抗干擾，每個RS 碼字即 5 b 信息，對應(yīng)成一次跳頻脈沖 6.4 us 內(nèi)傳輸?shù)男畔?，于是一個頻點(diǎn)上的干擾只會導(dǎo)致一個 RS 碼字的錯誤。RS（31，15）最多可糾正 8 個錯誤或刪除 16 個錯誤。若無準(zhǔn)確獲知被干擾頻點(diǎn)即錯誤位置的方法，只能糾正 8 個碼字錯誤，換算成對抗部分頻帶干擾能力，可對抗 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 16 個擦除錯誤，即可對抗 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， 通過接收端采用的相關(guān)解擴(kuò)處理，將寬帶有用信號壓縮為窄帶信號，而將寬帶干擾信號帶寬擴(kuò)展，通過后續(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，每個頻點(diǎn)的帶寬為 3MHz。每個脈沖的持續(xù)時間為 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

對于LINK-16 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，每個頻點(diǎn)的帶寬在 3 MHz， 對于帶寬在幾百 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帶寬范圍內(nèi)，可以采用濾波方式， 對窄帶干擾進(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，則干擾信號到達(dá)接收機(jī)處的干擾信號功率為－ 60 dBm，低于LINK-16 接收機(jī)的飽和功率，因此最多只對單一頻點(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，每隔一段時間出現(xiàn)一個窄帶的干擾頻譜，并不斷重復(fù)這種頻率掃描過程。對于LINK-16 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，采用了高速跳頻抗干擾技術(shù)，如果掃頻速率過快，在掃頻干擾的窄帶干擾信號駐留時間內(nèi)，未必能碰上跳頻的通信頻率 ；如果掃頻速率過慢，在掃頻干擾的窄帶干擾信號駐留時間內(nèi)，能夠碰撞上某一個工作頻點(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，也無法對端機(jī)實(shí)現(xiàn)有效干擾；掃頻干擾只有識別跳頻規(guī)則， 才能對端機(jī)實(shí)現(xiàn)有效干擾，對于跳速達(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能跟蹤跳頻信號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 必須在信號駐留時間（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）的信道編碼可以對抗 25.8%（8/31）的頻 點(diǎn)干擾，即在完整的 51 個頻點(diǎn)上進(jìn)行跳頻通信時，12 個以上 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 16 個擦除錯誤，即可對抗 51.2%（16/31）的頻點(diǎn)干擾， 25 個以上的跳頻點(diǎn)被有效干擾時，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。

干擾信號也逐脈沖跳頻時，下面舉例最有效的脈沖干擾 對 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)在某時刻完全一致，則該頻點(diǎn)被壓制無法 通信，不考慮跳時的躲避干擾作用，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，考慮跳時的作用，干擾脈沖和有用信 號脈沖同時達(dá)到的概率很小。

2.6 寬帶壓制干擾

采用干擾容限評估跳頻系統(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，最大不應(yīng) 超過 3 dB。跳頻系統(tǒng)的處理增益 Gp 定義為信號總帶寬 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，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為 15 dB。

3 結(jié) 語

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，對于部分頻帶干擾， 當(dāng)干擾頻段覆蓋 12 個以下的LINK-16 工作頻點(diǎn)時，組網(wǎng)通信能夠正常進(jìn)行；對于寬帶壓制式干擾，LINK-16 數(shù)據(jù)鏈的干擾容限為15 dB。因此對于LINK-16 數(shù)據(jù)鏈的最有效干擾手段為： 干擾信號頻段壓制 12 個以上的工作頻點(diǎn)，并且保證接收節(jié)點(diǎn)的干擾總功率比有用信號功率大15 dB。