數據鏈通信傳輸波形抗干擾技術及其對策研究

韓 路

（中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西 西安 710068）

1 通信干擾概述

針對數據鏈通信系統產生的有效干擾，在信道容量允許的范圍內，干擾信號的空間容量應不小于目標信號的空間容量，在對目標實施干擾時確保干擾信號能夠將目標全覆蓋。一般將通信信道的空間容量描述為

式中：V為通信信道的容量；T為信道作用的時間；B為信道頻帶寬度；P為信道功率。

因此，有效干擾可以描述為

2 數據鏈通信抗干擾技術的發展分析

2.1 數據鏈通信抗干擾技術的發展現狀

從LINK16開始，數據鏈的工作頻段開始向著高頻段發展，但調頻仍是技術核心。通過調頻、擴頻、跳時、高效編譯碼以及頻譜感知等技術的聯合應用，構建智能抗干擾體制成為數據鏈通信抗干擾的一種新的發展趨勢[1]。下面列出了世界各國采用的幾種典型數據鏈抗干擾體制。

2.1.1 SINCGARS

該數據鏈的頻段范圍為30～88 MHz，采用跳頻式抗干擾技術體制，跳速在111 hop/s，傳輸速率為600 b/s、1 200 b/s、2 400 b/s、4 800 b/s、9 600 b/s以及16 000 b/s，通信范圍為8～36 km。

2.1.2 EPLRS

該數據鏈的頻段范圍為420～450 MHz，采用擴跳式抗干擾技術體制，跳速在12 hop/s。它的碼長有2種不同格式，分別為16位和19位。在陸地上，它的每一跳傳輸距離為6 km；在空中，它的每一跳傳輸距離為200 km。

2.1.3 HAVE QUICK

該數據鏈的頻段范圍為220～405 MHz，采用快速跳頻和慢速跳頻2種抗干擾體制，跳速保持在1 000 hop/s，傳輸速率范圍為75～16 000 b/s。

2.1.4 LINK16

該數據鏈的頻段范圍為990～1 225 MHz，主要采用跳頻、跳時以及時間加密等抗干擾體制，跳速為76 932 hop/s，傳輸速率為238.08 kb/s，常用的中繼站通信距離在500 km左右。

2.1.5 LINK22

該數據鏈的頻段范圍有2個，分別為2～30 MHz和225～400 MHz，主要采用跳頻抗干擾體制，傳輸速率為1 450～4 050 b/s，中繼站的最大傳輸距離為1 850 km。

2.1.6 WNW

該數據鏈的頻段范圍主要分布在220～450 MHz、1 350～ 1 390 MHz、1 750～ 1 850 MHz，主 要 采用正交頻分復用技術（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）波形、AJ波形以及OFDM+D等抗干擾體制，其中OFDM波形的傳輸速率為55 kb/s～13.74 Mb/s，AJ波形的傳輸速率為39 kb/s～12 Mb/s，在陸地上的傳輸距離為10 km，在空中的傳輸距離為370 km。

擴頻技術在全世界范圍內依然是1種主流技術形式，而如高頻（High Frequency，HF）、特高頻（Ultra High Frequency，UHF）頻段的窄帶數據鏈系統大多是在跳頻技術的基礎上進行研發。相比之下，直接序列擴頻在各國軍事中鮮有應用，但在衛星通信方面有著廣泛應用。

2.2 數據鏈通信技術的發展趨勢

隨著科學技術的發展，除主流的跳頻技術之外，在抗干擾通信領域出現了提高跳速、擴展頻段、提升自適應特性、發展多頻段設備、混合擴頻以及加強戰場頻譜管理等多種抗干擾手段。

2.2.1 提高跳速

提高跳速是提升抗干擾能力的最佳方式。在世界范圍內，各個國家采用的甚高頻（Very High Frequency，VHF）跳頻電臺的跳速通常維持在500 hop/s之下，而UHF頻段中的HAVE QUICK Ⅱ則將跳速提升到了1 000 hop/s[2]。該高速跳頻的使用可以有效解決短波頻段中常見的延遲式干擾和跟蹤式干擾問題，尤其是在跳速達到1 000 hop/s及以上時，其間隔的頻率在0.1 ms左右，而電波的傳輸距離可以達到30 km，此情況下對該信號進行跟蹤或干擾存在較大的難度。

2.2.2 擴展頻段

應用擴頻技術的通信體制的抗干擾能力與通信體制的頻帶有著直接關系，頻帶越寬，對應的抗干擾能力越強。因此，開發和研究新型的多頻段設備已經成為世界各國數據鏈通信發展的主要趨勢。

2.2.3 提高自適應特性

跳頻通信系統的抗干擾性能與信號停留的時間、跳頻圖案、跳頻速率以及跳頻帶寬等均有著直接關系。調整跳頻信號的自適應特性，能夠在很大程度上提升系統的抗干擾能力。例如，在聯合戰術信息分發系統（Joint-tactical Information Distribution System，JIDS）中除了采用跳擴和糾錯編碼來增強其抗干擾能力外，還采用了直擴序列隨機跳變和跳頻圖案隨機跳變等提升抗干擾能力的措施。

3 基于多元LDPC碼的數據鏈波形抗干擾技術

3.1 多元LDPC碼

低密度奇偶校驗碼（Low Density Parity Check Code，LDPC）的本質是一種線性分組碼，具有自動糾錯的優勢。多元LDPC碼是在伽羅華域（Galois Field，GF）基礎上生成的一種線性分組碼，具有LDPC碼的特征。多元LDPC碼使用(n，k)來表示，具有將同一時間出現的數個錯誤信號進行優化和整合的能力，并能夠將其轉化為對應的多元符號[3]。得益于該優勢，LDPC碼在進行強突信道對抗過程中顯示出了其優異性能。為了能夠最大限度提升原始數據傳輸鏈路的抗干擾能力，尤其是在系統遭遇突發信道時的抗干擾能力，設計了一種基于多元LDPC碼的編譯解碼技術，并提供了一種全新的多元LDPC碼算法。具體的數據鏈傳輸模型如圖1所示。

圖1 數據鏈傳輸鏈路模型

多元LDPC碼依據檢驗矩陣的不同，可以分為隨機碼和準循環碼2種類型。隨機碼具有結構簡單的優點，但存在矩陣中非零元素分布雜亂無章，需要耗用大量存儲空間對矩陣進行校驗的缺點。準循環碼的校驗矩陣是一個準循環結構，和隨機碼相比，需要的存儲空間相對較小，并且具有編碼易于實現的優點[4]。為了能夠最大限度降低多元LDPC碼的復雜程度，選用了一種基于二元準循環不規則碼，采用矩陣彌散技術構建多元循環非規則LDPC碼，以確保數據鏈路具有較強的抗干擾性能。

3.2 多元LDPC碼的編碼

隨著科學技術的進步，LDPC碼也在不斷發展，逐漸出現了編碼算法，其中基礎的編碼算法有高斯消元法、系統編碼法以及近似下三角編碼算法3種[5]。構建1個多元準循環校驗矩陣(q-1)mb×(q-1)nb，將其拆解為(q-1)×(q-1)的矩陣塊，那么H1和H2可以表示為

用s=[s1,s2,…,skb]和P=[P1,P2,…,Pm]分別表示多元LDPC碼的相關信息符號和檢驗符號，則由HcT=0可以計算得出

3.3 多元LDPC碼的譯碼

LDPC碼可以依據迭代中消息傳播方式的不同，劃分為硬判決譯碼和軟判決譯碼。實際使用過程中，常用的硬判決譯碼多是一種比特翻轉譯碼，具有運算量小、實現容易以及操作簡單的優點，但存在譯碼性能較低的問題[7]。軟判決譯碼主要采用置信傳播譯碼方法，運算量較大，運算過程復雜，但整體的譯碼性能要明顯優于硬判決譯碼。基于此，本次采用BP譯碼算法。

求出的校驗矩陣為1個稀疏矩陣，可以表示為

式中：m為檢驗方程的具體個數；n為多元LDPC碼的具體碼長[8]。為了更好地理解BP譯碼算法，定義2種常用的數學符號：一是使用φ(i)= {j:hij≠0}代表Tanner圖中和校驗節點相連接的所有變量節點組成的集合；二是用φ(i)|j代表集合中刪除的變量節點j。

結合HxT=0是否成立，判斷譯碼是否成功。如果HxT≠0，則證明此次譯碼的迭代次數還未達到上限，需繼續迭代，否則會出現迭代失敗現象；如果HxT=0，則證明此次譯碼成功。

4 結 論

隨著信息化技術的不斷迭代更新，數據鏈朝著集成化、綜合化以及多元化方向發展。在計算機技術的加持下，數據鏈通信進行數據信息傳輸的速率和容量有了大幅提升。通過對抗干擾能力的研究和應用，有效提升了數據鏈通信進行數據傳輸的可靠性和安全性。