数据链通信传输波形抗干扰技术及其对策研究

韩 路

（中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西 西安 710068）

1 通信干扰概述

针对数据链通信系统产生的有效干扰，在信道容量允许的范围内，干扰信号的空间容量应不小于目标信号的空间容量，在对目标实施干扰时确保干扰信号能够将目标全覆盖。一般将通信信道的空间容量描述为

式中：V为通信信道的容量；T为信道作用的时间；B为信道频带宽度；P为信道功率。

因此，有效干扰可以描述为

2 数据链通信抗干扰技术的发展分析

2.1 数据链通信抗干扰技术的发展现状

从LINK16开始，数据链的工作频段开始向着高频段发展，但调频仍是技术核心。通过调频、扩频、跳时、高效编译码以及频谱感知等技术的联合应用，构建智能抗干扰体制成为数据链通信抗干扰的一种新的发展趋势[1]。下面列出了世界各国采用的几种典型数据链抗干扰体制。

2.1.1 SINCGARS

该数据链的频段范围为30～88 MHz，采用跳频式抗干扰技术体制，跳速在111 hop/s，传输速率为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，通信范围为8～36 km。

2.1.2 EPLRS

该数据链的频段范围为420～450 MHz，采用扩跳式抗干扰技术体制，跳速在12 hop/s。它的码长有2种不同格式，分别为16位和19位。在陆地上，它的每一跳传输距离为6 km；在空中，它的每一跳传输距离为200 km。

2.1.3 HAVE QUICK

该数据链的频段范围为220～405 MHz，采用快速跳频和慢速跳频2种抗干扰体制，跳速保持在1 000 hop/s，传输速率范围为75～16 000 b/s。

2.1.4 LINK16

该数据链的频段范围为990～1 225 MHz，主要采用跳频、跳时以及时间加密等抗干扰体制，跳速为76 932 hop/s，传输速率为238.08 kb/s，常用的中继站通信距离在500 km左右。

2.1.5 LINK22

该数据链的频段范围有2个，分别为2～30 MHz和225～400 MHz，主要采用跳频抗干扰体制，传输速率为1 450～4 050 b/s，中继站的最大传输距离为1 850 km。

2.1.6 WNW

该数据链的频段范围主要分布在220～450 MHz、1 350～ 1 390 MHz、1 750～ 1 850 MHz，主 要 采用正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）波形、AJ波形以及OFDM+D等抗干扰体制，其中OFDM波形的传输速率为55 kb/s～13.74 Mb/s，AJ波形的传输速率为39 kb/s～12 Mb/s，在陆地上的传输距离为10 km，在空中的传输距离为370 km。

扩频技术在全世界范围内依然是1种主流技术形式，而如高频（High Frequency，HF）、特高频（Ultra High Frequency，UHF）频段的窄带数据链系统大多是在跳频技术的基础上进行研发。相比之下，直接序列扩频在各国军事中鲜有应用，但在卫星通信方面有着广泛应用。

2.2 数据链通信技术的发展趋势

随着科学技术的发展，除主流的跳频技术之外，在抗干扰通信领域出现了提高跳速、扩展频段、提升自适应特性、发展多频段设备、混合扩频以及加强战场频谱管理等多种抗干扰手段。

2.2.1 提高跳速

提高跳速是提升抗干扰能力的最佳方式。在世界范围内，各个国家采用的甚高频（Very High Frequency，VHF）跳频电台的跳速通常维持在500 hop/s之下，而UHF频段中的HAVE QUICK Ⅱ则将跳速提升到了1 000 hop/s[2]。该高速跳频的使用可以有效解决短波频段中常见的延迟式干扰和跟踪式干扰问题，尤其是在跳速达到1 000 hop/s及以上时，其间隔的频率在0.1 ms左右，而电波的传输距离可以达到30 km，此情况下对该信号进行跟踪或干扰存在较大的难度。

2.2.2 扩展频段

应用扩频技术的通信体制的抗干扰能力与通信体制的频带有着直接关系，频带越宽，对应的抗干扰能力越强。因此，开发和研究新型的多频段设备已经成为世界各国数据链通信发展的主要趋势。

2.2.3 提高自适应特性

跳频通信系统的抗干扰性能与信号停留的时间、跳频图案、跳频速率以及跳频带宽等均有着直接关系。调整跳频信号的自适应特性，能够在很大程度上提升系统的抗干扰能力。例如，在联合战术信息分发系统（Joint-tactical Information Distribution System，JIDS）中除了采用跳扩和纠错编码来增强其抗干扰能力外，还采用了直扩序列随机跳变和跳频图案随机跳变等提升抗干扰能力的措施。

3 基于多元LDPC码的数据链波形抗干扰技术

3.1 多元LDPC码

低密度奇偶校验码（Low Density Parity Check Code，LDPC）的本质是一种线性分组码，具有自动纠错的优势。多元LDPC码是在伽罗华域（Galois Field，GF）基础上生成的一种线性分组码，具有LDPC码的特征。多元LDPC码使用(n，k)来表示，具有将同一时间出现的数个错误信号进行优化和整合的能力，并能够将其转化为对应的多元符号[3]。得益于该优势，LDPC码在进行强突信道对抗过程中显示出了其优异性能。为了能够最大限度提升原始数据传输链路的抗干扰能力，尤其是在系统遭遇突发信道时的抗干扰能力，设计了一种基于多元LDPC码的编译解码技术，并提供了一种全新的多元LDPC码算法。具体的数据链传输模型如图1所示。

图1 数据链传输链路模型

多元LDPC码依据检验矩阵的不同，可以分为随机码和准循环码2种类型。随机码具有结构简单的优点，但存在矩阵中非零元素分布杂乱无章，需要耗用大量存储空间对矩阵进行校验的缺点。准循环码的校验矩阵是一个准循环结构，和随机码相比，需要的存储空间相对较小，并且具有编码易于实现的优点[4]。为了能够最大限度降低多元LDPC码的复杂程度，选用了一种基于二元准循环不规则码，采用矩阵弥散技术构建多元循环非规则LDPC码，以确保数据链路具有较强的抗干扰性能。

3.2 多元LDPC码的编码

随着科学技术的进步，LDPC码也在不断发展，逐渐出现了编码算法，其中基础的编码算法有高斯消元法、系统编码法以及近似下三角编码算法3种[5]。构建1个多元准循环校验矩阵(q-1)mb×(q-1)nb，将其拆解为(q-1)×(q-1)的矩阵块，那么H1和H2可以表示为

用s=[s1,s2,…,skb]和P=[P1,P2,…,Pm]分别表示多元LDPC码的相关信息符号和检验符号，则由HcT=0可以计算得出

3.3 多元LDPC码的译码

LDPC码可以依据迭代中消息传播方式的不同，划分为硬判决译码和软判决译码。实际使用过程中，常用的硬判决译码多是一种比特翻转译码，具有运算量小、实现容易以及操作简单的优点，但存在译码性能较低的问题[7]。软判决译码主要采用置信传播译码方法，运算量较大，运算过程复杂，但整体的译码性能要明显优于硬判决译码。基于此，本次采用BP译码算法。

求出的校验矩阵为1个稀疏矩阵，可以表示为

式中：m为检验方程的具体个数；n为多元LDPC码的具体码长[8]。为了更好地理解BP译码算法，定义2种常用的数学符号：一是使用φ(i)= {j:hij≠0}代表Tanner图中和校验节点相连接的所有变量节点组成的集合；二是用φ(i)|j代表集合中删除的变量节点j。

结合HxT=0是否成立，判断译码是否成功。如果HxT≠0，则证明此次译码的迭代次数还未达到上限，需继续迭代，否则会出现迭代失败现象；如果HxT=0，则证明此次译码成功。

4 结 论

随着信息化技术的不断迭代更新，数据链朝着集成化、综合化以及多元化方向发展。在计算机技术的加持下，数据链通信进行数据信息传输的速率和容量有了大幅提升。通过对抗干扰能力的研究和应用，有效提升了数据链通信进行数据传输的可靠性和安全性。