军事战术数据链信息传输技术研究*

张盼华，张伟涛

（同方电子科技有限公司，江西 九江 332100）

0 引言

现代化战争已从“平台”为中心转向“网络”为中心阶段，“信息战”相关技术研究是现代化战争的重要研究课题之一。全球信息栅格（GIG，Global Information Grid）是网络中心战的基础，数据链（DL，Data Link）是实现全球信息栅格的重要支撑技术。常见 数 据 链 主 要 包 括：Link-4、Link-11、Link-16、Link-22 等。

军事战术数据链的出现引起广大科研人员兴趣，相关军事院校、科研机构、高校等对其也开展深入研究。文献［1］对国外数据链的发展史与发展方向进行了介绍；文献［2］针对数据链存在抗干扰技术进行了论述；文献［3］对弹道数据链抗干扰性能进行了分析与研究；文献［4-6］对数据链仿真技术进行研究；文献［7］对基于数据链的预警机协同作战下的发现目标能力的效能评估进行了研究；文献［8］对无人机数据链信道编码方法进行了研究；文献［9］无人机数据链信道均衡算法进行了仿真研究；文献［10］对数据链中MSK 信号正交调制方法研究；文献［11］对地空数据链通信差分解调算法进行了研究；文献［12］对射频隐身数据链的通信波形参数进行了优化建模；文献［13］对异构数据链参数化波形重构进行了研究；文献［14］对数据链中MSK 信号频率相干解调方法进行了仿真研究。

由于数据链实现地理位置上分散系统（指控系统、传感器系统、武器系统）的有机连接，无线通信方式又是其所采用主要信息传输方式。因此，从“无线通信系统”角度，系统性论述数据链信息传输相关技术，对于相关读者快速了解数据链显得尤为重要；对于相关研究者快速开展数据链研究也具有一定的帮助。

1 数据链传输波段

信号是信息的载体，信息是消息中包含有意义的内容。通信的目的是为了实现消息从发信端到受信者之间完成有效、可靠的传输。原始信息又称为基带信号，其频谱表现为聚集在低频端，不易于远距离的传输。通过调制技术，将基带信号搬移到高频端得到调制信号，能够实现远距离的传输。“无线传输”是现代通信中最为重要的传输手段之一，而“无线通信技术”是数据链信息传输的重要基础。

信息传输均以电磁波形式在信道中进行传播。常见电磁波的划分，如表1 所示：

表1 电磁波波段与典型数据链

电磁波常见传播方式主要分为：

1）地波传播：电磁波沿空气与大地、水面的分界空间层进行传播。其特点是不易受气候影响，但受地电特性影响较大，且频率越高能量衰减越快。

2）直射波传播：电磁波沿发射点到接收点直线最短距离传播。其传输距离一般为10 km～50 km。其特点易受到天线高度、架设方向依影响；其传播能量衰减强的最为缓慢。

3）天波传播：高空辐射电磁波遇到大气层后反射回来电磁波。其特点依赖于电离层的特性，易受到太阳活动强度、季节、气候变化影响较大。其中，天波传播是短波通信的最主要传输方式。

4）散射传播：电磁波投射到低空大气层、电离层的不均匀介质时，一部分反射回来的传播方式。其特点传输效率低、但传输距离远。

2 数据链通信模型

通信实质是信息的传输。高效而又可靠传输信息是信息传输的基本问题。“抗得住”与“通得上”是现代军事战术通信面临的两大永恒主题。数据链信息传输中，需要解决的问题包括：信源编译码、信道编译码、调制解调、通信安全等。数据链信息传输模型符合通信的一般模型，如图1 所示；数据链承载系统核心模型，如图2 所示。

图1 数据链通信系统一般模型

图2 数据链承载系统核心模型

2.1 编码解码技术

常见信息主要有文本、静态图像、视频、语音等。信息间存在着信息冗余，因此，减小信息冗余是提高数据链系统传输能力的重要方法之一。

编码是指对信源的原始符号按照特定数学运算法则进行的一种变换。编码主要分为信源编码和信道编码。信源编码将信源中冗余信息去除，得到一种更合适系统传输的符号串。信道编码主要提高信息传输的容错与纠错能力。常见信源编码方法如下页表2 所示。

数据是数据链所需传输的核心内容。典型数据链终端JTIDS 系统所采用信源编码技术，如表3 所示。

广义信道泛指一切信息传输的通道。在信息传输过程中，信道上不可避免存在着噪声。常见噪声主要包括“乘性噪声”和“加性噪声”。一般认为通信系统中的信道为窄带高斯信道。为了有效抑制信道中噪声对信号的干扰，需要对信号进行信道编码。典型数据链的信道编码如表4 所示。

表2 常见信源编码技术

表3 JTIDS 终端信源信道编码技术

2.2 调制解调与复用/复接技术

调制目的便于信号更适合于信道传输，其本质是实现低频基带信号频谱搬移，将有用信息加载至射频信号的频率、振幅、相位中携带传输。模拟调制包括：DSS、AM、SSB、VSB、FM、PM；数字调制包括：ASK、FSK、PSK、DPSK、MSK、QAM、OFDM 等。解调方法包括：模拟检测、过零检测、差分检测、（非）相干检测、动态滤波检测等。

由于实际通信信道中只传输一路信号，而信道带宽远大于信号带宽。采用多路复用技术能够提高信道资源和频谱利用效率，实现多路信号在同一信道中有效传输。常见复用复接技术包括：频分复用、时分复用、码分复用、TDMA、FDMA、CDMA。

数据链中采用调制技术和复用复接技术能够有效提高数据链系统传输能力。常见数据链采用调制和复接技术，如表5 所示。

表5 典型数据链调制与复接技术

2.3 保密与抗干扰技术

通信安全问题是通信亟待解决的问题之一，军事通信安全尤为突出，而数据链又是连接三大系统的核心关键。因此，对数据链通信安全研究显得尤为重要。

2.3.1 加密技术

现代通信理论奠基人香农，用信息论［15］观点对信息保密问题作了全面深刻论述，并提出了保密系统一般数学模型。

密码是通信双方、多方按照约定的法则和数学模型进行信息特殊变换，发送端完成信息的加密编码，接收端完成破译解码。常见密码体制包括：错乱、代替、密本、加乱。其中，加乱是现代加密主要手段。上述4 种密码体制可以相互融合使用，构建出“对称密钥体制”和“非对称密钥体制”。针对通信系统网络，又提出了“线路加密”和“端对端加密”等技术。

2.3.2 认证技术

“主动攻击”和“被动攻击”是现代军事通信中面临的两类信息攻击类型。主动攻击包括：越权、假冒、伪造等；被动攻击包括：窃听、接收、内容分析等。认证技术能够较好地解决上述攻击问题，解决系统参与者的合法性、真实性问题。

认证技术包括“身份认证”和“信息认证”。前者完成访问权限的确认和授予问题；后者保障信息来源、真实、唯一性问题。信息认证可采用：零知识技术、非对称密钥算法、私钥密钥算法。其中，私钥密钥算法是当前采用较为广泛的认证技术。

2.3.3 抗干扰技术

现代军事战场电磁环境复杂而又恶劣，电磁环境包含着自然干扰和人为干扰。从时域、频域、空域提高系统的抗干扰能力显得尤为重要。

1）扩展频谱技术

频谱宽、波形复杂、安全隐蔽性强是扩频信号最大特点，扩频技术能够较好地提高信号抗测向、定位、检测、干扰、截获的能力。常见扩频技术包括：直接序列扩频技术（DS-SS）、跳频通信技术（FH）和时跳通信技术（TH）。

扩频技术是抗干扰代表性技术。但常常与其他技术相结合实现抗干扰目的。以扩频技术为核心的通信抗干扰技术仍然在不断发展中。如：变速率与时变跳频、差分跳频、多进制编码扩频、混合多维扩频等。

2）网络抗干扰技术

由于数据链承载连接三大系统，网络的抗干扰能力显得尤为重要。随着军事数据链网络的用户量不断增加，数据链网络的可靠性研究已成为当务之急。对于网络抗干扰能力研究主要分为以下几个层面。

网络拓扑层研究：网络拓扑的可靠性是网络设计首要考虑问题，决定着网络服务质量、抗摧毁性等。常见拓扑结构包括：星形、环形、网形、树形、总线形等。

网络业务层研究：在网络存在破坏、故障情况下，保障通信网络通信能力。常以吞吐量、传输时延、呼损率等进行衡量。

网络路由层研究：决定着网络拥塞调配、路由规划、业务分配等，是网络完成通行能力的重要保证。

网络设备层研究：决定着节点、链路、网络可靠性的根本保证所在。

表6 数据链特性比较

3 数据链发展趋势

从第1 代数据链Link-4 到现在的Link-22，完成4 代数据链用了近半个多世纪的时间进行研究。当前，数据链发展主要呈现如下趋势：

1）利用新技术积极改进以Link16 为主的原有数据链，以便最终融入全球信息栅格，利用新技术研制、开发新一代数据链；

2）多数据链协同，加强不同数据链间的互通，实现多链路协调作战；

3）适应网络中心战要求，发展网络化战术数据链，构建一体化数据链体系结构。

4 结论

本文从“无线通信系统”角度，对数据链信息传输技术进行了研究。给出了数据链通信系统一般模型。系统论述了数据链涉及的相关主要通信技术，并结合典型数据链，给出其主要通信技术与性能指标，最后讨论了数据链发展的趋势。