LINK-16数据链系统抗干扰能力研究

引 言

LINK-16 数据链系统是联合战术信息分发系统（Joint Tactical Information Distribution System，JTIDS），具有通信、导航以及识别功能，可供陆、海、空三军使用，是一种大容量、抗干扰的数字式信息分配系统[1,2]。现有的关于LINK-16 数据链系统抗干扰能力的分析[3,4] 并未针对现有通信干扰机的具体干扰形式进行。

本文分析了 LINK-16 数据链系统的抗干扰技术，针对目前多种通信干扰的样式，包括窄带干扰（含单频干扰）、扫频干扰、跟踪式干扰、部分频带干扰、脉冲干扰和宽带压制式干扰等，分析了LINK-16 数据链抵抗以上多种干扰的能力。

1 LINK-16数据链主要抗干扰技术

LINK-16 数据链系统为了获得强抗干扰能力，采用了信道编码、直接序列扩频和高速跳频等抗干扰技术。

1.1 RS信道编码

LINK-16 数据链采用了RS（31，15）编码的方式对抗干扰，每个RS 码字即 5 b 信息，对应成一次跳频脉冲 6.4 us 内传输的信息，于是一个频点上的干扰只会导致一个 RS 码字的错误。RS（31，15）最多可纠正 8 个错误或删除 16 个错误。若无准确获知被干扰频点即错误位置的方法，只能纠正 8 个码字错误，换算成对抗部分频带干扰能力，可对抗 25.8%（8/31）的频点干扰 ；若能可靠获知被干扰的频点，则最多可应对 16 个擦除错误，即可对抗 51.2%（16/31）的频点干扰。

1.2 直接序列扩频

LINK-16 数据链采用循环码移位键控（Cyclic Code Shift Keying，CCSK）的直接序列扩频技术，采用 32 位循环码实现对5 b 信息的扩频调制。直接序列扩频具有抗宽带干扰能力， 通过接收端采用的相关解扩处理，将宽带有用信号压缩为窄带信号，而将宽带干扰信号带宽扩展，通过后续的窄带滤波器将大部分宽带干扰滤除。

1.3 高速跳频

LINK-16数据链采用逐脉冲跳频工作模式，每个脉冲的工作频点在 960MHz～1215MHz 频段内随机跳变，跳频频点数为 51个，每个频点的带宽为 3MHz。每个脉冲的持续时间为 6.4 us，脉冲间隔为 6.6 us，跳速为 76 923 跳 / 秒。

2 LINK-16数据链抗干扰能力分析

目前通信干扰机的主要干扰模式有窄带干扰（含单频干扰）、扫频干扰、跟踪式干扰、部分频带干扰、脉冲干扰和宽带压制式干扰。

2.1 窄带干扰

对于LINK-16 数据链系统，每个频点的带宽在 3 MHz， 对于带宽在几百 kb / s 内的窄带干扰，包括大功率连续波干扰，如果窄带干扰落在信号带宽范围内，可以采用滤波方式， 对窄带干扰进行抑制。干扰带宽达到LINK-16 数据链信号带宽的窄带干扰，目前此类干扰机的功率最高可达到 100 kW，考虑敌方的安全干扰距离为 150 km，则干扰信号到达接收机处的干扰信号功率为－ 60 dBm，低于LINK-16 接收机的饱和功率，因此最多只对单一频点承载的信息造成影响，考虑LINK-16 系统采用的RS 编译码，因此能抵抗单一频点被破坏的干扰。

2.2 扫频干扰

扫频干扰需要先获得跳频通信频段和工作频率表，然后按照跳频频率间隔，从频率低端到高端，每隔一段时间出现一个窄带的干扰频谱，并不断重复这种频率扫描过程。对于LINK-16 数据链系统，采用了高速跳频抗干扰技术，如果扫频速率过快，在扫频干扰的窄带干扰信号驻留时间内，未必能碰上跳频的通信频率 ；如果扫频速率过慢，在扫频干扰的窄带干扰信号驻留时间内，能够碰撞上某一个工作频点，由于LINK-16 数据链系统采用RS 编译码，具有抗部分点频干扰能力，也无法对端机实现有效干扰；扫频干扰只有识别跳频规则， 才能对端机实现有效干扰，对于跳速达到 76 923 跳 / 秒的高速跳频系统，很难获得跳频图案。

2.3 跟踪式干扰

跟踪式干扰的干扰信号能跟踪跳频信号频率跳变的干扰方式，主要有波形跟踪干扰、转发干扰等。由于LINK-16 数据链系统采用高速跳频抗干扰技术，跳频图样满足伪随机特性，因此破解跳频图样进行波形跟踪干扰基本无法实现。

由于 LINK-16 数据链系统采用窄脉冲通信方式，脉冲驻 留时间为 6.4 us，转发跟踪式干扰应采用同频干扰，干扰信号 必须在信号驻留时间（即 6.4 μs）内到达通信接收机，才有可 能实现有效干扰。电磁波在 6.4 μs 传播的距离约为 1.92 km， 假设不计完成侦收和干扰引导所需的时间，记收发端距离为 Rtr，Rjt、Rjr 分别为干扰机到发射端机和接收端机的距离，为保 证干扰有效，必须保证（Rjt+Rjr）－ Rtr ≤ 1.92，即干扰机必须 布置在以收发信机为焦点的椭圆区域内，干扰机如果距离我 方端机 150 km 外的安全距离，不满足有效干扰要求，很难实 施跟踪式干扰。

2.4 部分频带干扰 

高速变速跳频与 RS 纠错码相结合，能够抵抗部分频带 干扰。RS（31，15）的信道编码可以对抗 25.8%（8/31）的频 点干扰，即在完整的 51 个频点上进行跳频通信时，12 个以上 的跳频点被有效干扰，LINK-16 节点将不能正常通信工作。若 能可靠获知被干扰的频点，则 RS（31，15）的信道编码最多 可应对 16 个擦除错误，即可对抗 51.2%（16/31）的频点干扰， 25 个以上的跳频点被有效干扰时，LINK-16 节点将不能正常 通信工作。

2.5 脉冲干扰 

当效脉冲干扰是在 LINK-16 数据链工作频段范围内，与 LINK-16 信号脉冲宽度、脉冲重复率和消息结构近似匹配的 脉冲信号。

干扰信号也逐脉冲跳频时，下面举例最有效的脉冲干扰 对 LINK-16 数据链通信性能的影响。假定脉冲干扰的频点与 LINK-16 工作频点在某时刻完全一致，则该频点被压制无法 通信，不考虑跳时的躲避干扰作用，记频点数为 N，则干扰和 通信频点完全碰撞的概率为 1/N2，考虑高速跳频体制和 RS 编 码相结合抗频带干扰的能力，RS 码仍能正确译码，脉冲干扰 有效的概率近似为 1/N，考虑跳时的作用，干扰脉冲和有用信 号脉冲同时达到的概率很小。

2.6 宽带压制干扰

采用干扰容限评估跳频系统的抗宽带压制干扰能力。干扰容限定义为跳频通信系统能维持点对点正常工作（满足正常解调要求的最小输出信噪比）的实际抗干扰能力，用 Cj 表示， 其表达式为[5] ：

其中，Gp 为跳频或扩频通信的处理增益，（S/N0）out 为接收机 解调输出端所需的最小信噪比，LS 为系统解调解扩的固有处理 损耗，根据工程经验，一般为 1 ～ 2.5 dB 数量级，最大不应 超过 3 dB。跳频系统的处理增益 Gp 定义为信号总带宽 W 和 信息带宽 B 的比值，如果频域上相邻频点的频谱不交叠，可 认为 Gp 为全部可用频点数 N，即 ：

LINK-16 数据链系统的跳频频点数为 51 个，相邻频点频 谱不交叠，因此，跳频处理增益为 17 dB。为了得到 10-5 的误 码率，调制方式为 MSK，编码方式为 RS（31，15）的波形检 测信噪比为 8.8 dB[6]，由于采用了（5，32）扩频，可以获得约 8 dB 的扩频增益，因此（S/N0）out 为 0.8 dB。取 Ls=1 ～ 2 dB， 根据式（2）可得到 LINK-16 系统的干扰容限为 15 dB。即为了 压制干扰 LINK-16 的通信，实现与干扰常规定频通信同样的 效果，需要多付出的功率代价为 15 dB。

3 结 语

LINK-16 数据链系统采用高速跳频、直接序列扩频和高效信道编码等抗干扰技术，能够有效抵抗窄带干扰（含单频干扰）、扫频干扰、跟踪式干扰和脉冲干扰，对于部分频带干扰， 当干扰频段覆盖 12 个以下的LINK-16 工作频点时，组网通信能够正常进行；对于宽带压制式干扰，LINK-16 数据链的干扰容限为15 dB。因此对于LINK-16 数据链的最有效干扰手段为： 干扰信号频段压制 12 个以上的工作频点，并且保证接收节点的干扰总功率比有用信号功率大15 dB。