LINK—16數據鏈系統抗干擾能力研究

刁新穎

摘 要：主要研究了LINK-16數據鏈系統的抗干擾能力，分析了LINK-16數據鏈系統采用的抗干擾技術，針對目前通信干擾機的主要干擾模式：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，分析了LINK-16數據鏈系統的抗干擾能力。

關鍵詞：數據鏈；LINK-16；抗干擾；干擾模式

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）06-00-02

0 引 言

LINK-16數據鏈系統是聯合戰術信息分發系統（Joint Tactical Information Distribution System，JTIDS），具有通信、導航以及識別功能，可供陸、海、空三軍使用，是一種大容量、抗干擾的數字式信息分配系統[1，2]。現有的關于LINK-16數據鏈系統抗干擾能力的分析[3，4]并未針對現有通信干擾機的具體干擾形式進行。

本文分析了LINK-16數據鏈系統的抗干擾技術，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數據鏈抵抗以上多種干擾的能力。

1 LINK-16數據鏈主要抗干擾技術

LINK-16數據鏈系統為了獲得強抗干擾能力，采用了信道編碼、直接序列擴頻和高速跳頻等抗干擾技術。

1.1 RS信道編碼

LINK-16數據鏈采用了RS（31，15）編碼的方式對抗干擾，每個RS碼字即5 b信息，對應成一次跳頻脈沖6.4 us內傳輸的信息，于是一個頻點上的干擾只會導致一個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。若無準確獲知被干擾頻點即錯誤位置的方法，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）的頻點干擾；若能可靠獲知被干擾的頻點，則最多可應對16個擦除錯誤，即可對抗51.2%（16/31）的頻點干擾。

1.2 直接序列擴頻

LINK-16數據鏈采用循環碼移位鍵控（Cyclic Code Shift Keying， CCSK）的直接序列擴頻技術，采用32位循環碼實現對5 b信息的擴頻調制。直接序列擴頻具有抗寬帶干擾能力，通過接收端采用的相關解擴處理，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展，通過后續的窄帶濾波器將大部分寬帶干擾濾除。

1.3 高速跳頻

LINK-16數據鏈采用逐脈沖跳頻工作模式，每個脈沖的工作頻點在960 MHz～1 215 MHz頻段內隨機跳變，跳頻頻點數為51個，每個頻點的帶寬為3 MHz。每個脈沖的持續時間為6.4 us，脈沖間隔為6.6 us，跳速為76 923跳/秒。

2 LINK-16數據鏈抗干擾能力分析

目前通信干擾機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數據鏈系統，每個頻點的帶寬在3 MHz，對于帶寬在幾百kb / s內的窄帶干擾，包括大功率連續波干擾，如果窄帶干擾落在信號帶寬范圍內，可以采用濾波方式，對窄帶干擾進行抑制。干擾帶寬達到LINK-16數據鏈信號帶寬的窄帶干擾，目前此類干擾機的功率最高可達到100 kW，考慮敵方的安全干擾距離為150 km，則干擾信號到達接收機處的干擾信號功率為-60 dBm，低于LINK-16接收機的飽和功率，因此最多只對單一頻點承載的信息造成影響，考慮LINK-16系統采用的RS編譯碼，因此能抵抗單一頻點被破壞的干擾。

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，每隔一段時間出現一個窄帶的干擾頻譜，并不斷重復這種頻率掃描過程。對于LINK-16數據鏈系統，采用了高速跳頻抗干擾技術，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，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，能夠碰撞上某一個工作頻點，由于LINK-16數據鏈系統采用RS編譯碼，具有抗部分點頻干擾能力，也無法對端機實現有效干擾；掃頻干擾只有識別跳頻規則，才能對端機實現有效干擾，對于跳速達到76923跳/秒的高速跳頻系統，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、轉發干擾等。由于LINK-16數據鏈系統采用高速跳頻抗干擾技術，跳頻圖樣滿足偽隨機特性，因此破解跳頻圖樣進行波形跟蹤干擾基本無法實現。

由于LINK-16數據鏈系統采用窄脈沖通信方式，脈沖駐留時間為6.4 us，轉發跟蹤式干擾應采用同頻干擾，干擾信號必須在信號駐留時間（即6.4 μs）內到達通信接收機，才有可能實現有效干擾。電磁波在6.4 μs傳播的距離約為1.92 km，假設不計完成偵收和干擾引導所需的時間，記收發端距離為Rtr，Rjt、Rjr分別為干擾機到發射端機和接收端機的距離，為保證干擾有效，必須保證（Rjt+Rjr）-Rtr≤1.92，即干擾機必須布置在以收發信機為焦點的橢圓區域內，干擾機如果距離我方端機150 km外的安全距離，不滿足有效干擾要求，很難實施跟蹤式干擾。

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）的頻點干擾，即在完整的51個頻點上進行跳頻通信時，12個以上的跳頻點被有效干擾， LINK-16節點將不能正常通信工作。若能可靠獲知被干擾的頻點，則RS（31，15）的信道編碼最多可應對16個擦除錯誤，即可對抗51.2%（16/31）的頻點干擾，25個以上的跳頻點被有效干擾時，LINK-16節點將不能正常通信工作。

2.5 脈沖干擾

當效脈沖干擾是在LINK-16數據鏈工作頻段范圍內，與LINK-16信號脈沖寬度、脈沖重復率和消息結構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數據鏈通信性能的影響。假定脈沖干擾的頻點與LINK-16工作頻點在某時刻完全一致，則該頻點被壓制無法通信，不考慮跳時的躲避干擾作用，記頻點數為N，則干擾和通信頻點完全碰撞的概率為1/N2，考慮高速跳頻體制和RS編碼相結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的抗寬帶壓制干擾能力。干擾容限定義為跳頻通信系統能維持點對點正常工作（滿足正常解調要求的最小輸出信噪比）的實際抗干擾能力，用Cj表示，其表達式為[5]：

Cj=Gp-[LS+（S/N0）out] （1）

其中，Gp為跳頻或擴頻通信的處理增益，（S/N0）out為接收機解調輸出端所需的最小信噪比，LS為系統解調解擴的固有處理損耗，根據工程經驗，一般為1～2.5 dB數量級，最大不應超過3 dB。跳頻系統的處理增益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的頻譜不交疊，可認為Gp為全部可用頻點數N，即：

Gp=10 lgN （2）

LINK-16數據鏈系統的跳頻頻點數為51個，相鄰頻點頻譜不交疊，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）擴頻，可以獲得約8 dB的擴頻增益，因此（S/N0）out為0.8 dB。取Ls=1～2 dB，根據式（2）可得到LINK-16系統的干擾容限為15 dB。即為了壓制干擾LINK-16的通信，實現與干擾常規定頻通信同樣的效果，需要多付出的功率代價為15 dB。

3 結 語

LINK-16數據鏈系統采用高速跳頻、直接序列擴頻和高效信道編碼等抗干擾技術，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，當干擾頻段覆蓋12個以下的LINK-16工作頻點時，組網通信能夠正常進行；對于寬帶壓制式干擾， LINK-16數據鏈的干擾容限為15 dB。因此對于LINK-16數據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，并且保證接收節點的干擾總功率比有用信號功率大15 dB。

參考文獻

[1]梅文華，蔡善法. JTIDS/Link16數據鏈[M].北京：國防工業出版社，2007.

[2]孫義明，楊麗萍. 信息化戰爭中的戰術數據鏈[M]. 北京：北京郵電大學出版社，2005.

[3]段亞軍，武昌，李成恩. JTIDS系統抗干擾性能分析[J]. 裝備指揮技術學院學報，2007， 18（5）：81-84.

[4]何獻武，胥輝旗，程永茂. Link-16數據鏈抗干擾能力分析[J].艦船電子工程，2011，31（5）：23-25.

[5]姚富強. 通信抗干擾工程與實踐（第二版）[M]. 北京：電子工業出版社，2012.

[6] John G. Proakis， Masoud Salehi. 數字通信（第五版）[M]. 北京：電子工業出版社，2011.