Link16數據鏈是美國海空軍及北約部隊使用的一種新型戰術數據鏈系統,于1994年開始在美軍艦艇及飛機平臺投入使用。Link16數據鏈的設計使用理念基于Link4A、Link11數據鏈,但相比原有數據鏈,在技術與操作上有極大的更新迭代,增強了數據鏈系統的安全性與抗干擾性能,被稱為是一種“無法被干擾的數據鏈”。因此,發展針對Link16 數據鏈系統的電子對抗技術具有重要的軍事意義。然而,通過實戰方式進行系統測試將耗費大量的人力、物力、財力,如何可靠地、真實地模擬實際作戰場景是數據鏈系統建設的重點。為解決實戰測試系統性能的不可能性問題,研發一套Link16數據鏈實時仿真系統,具有其重要價值。
功能描述
戰術數據鏈系統采用特定的數據包格式發送報文信息,具備強大的加密和安全措施,采用跳頻技術來對抗電子干擾,系統具有多個節點,采用分布式的網絡架構,任何節點都可以在網絡中發送和接收信息,不需要中央控制節點。每個節點都具備通信功能,可通過鏈路實時共享信息。系統設計框圖下所示。
端機設計方案
LINK16端機設計框圖如下圖所示,端機性能指標如下:
(1) 信號中心頻點范圍:960-1250MHz
(2) 支持TDMA組網功能
(3) 能夠實現跳頻:跳頻帶寬100MHz,跳頻頻點間隔:3MHz,相鄰跳頻最小間隔30MHz,跳頻速率:76923Hop/s
(4) 數字信息傳輸速率28kbps~238kbps分檔可選
鏈路傳輸方案設計
(1)LINK16幀結構

LINK16數據鏈的基本的幀結構可以通過圖3表示,每個時隙由抖動時間段,信息傳輸時間段和保護時間段組成,其中抖動時間段的長度不定,它保證了信息傳輸可以不與時隙對齊,抖動時間段最長時間可以達到2.2575ms,時間長度的變化規律由特定的密鑰控制,密鑰一天更改一次,這增加了信息截獲的難度,干擾機也更難對信號進行針對性的干擾,從一定意義上具有“跳時”的效果。信息傳輸段分為同步時段和數據幀時段,同步時段包括兩個階段,其中粗同步階段包括16個DP脈沖,主要作用是對信號進行捕獲,精同步階段包括4個DP脈沖,主要作用是確定信號解調的最佳采樣點位置,數據幀階段分為報頭和數據,其中報頭包括16個DP脈沖,數據包括的脈沖數根據具體的LINK16數據封裝而定。
(2)端機物理層調制技術
端機波形的生成過程如下圖所示,信號產生經過多重物理層調制技術,包括信道編碼、擴頻、調制等,主機根據戰場信息進行信源編碼生成比特信息,信息經過CRC編碼,RS編碼,交織,軟擴頻后進行調制。最終進行跳頻處理后通過信道

得到的LINK16鏈路性能如圖5,當接收信噪比低于-10dB時,由于采用的各種信道編碼的糾錯能力具有一定限度,因此LINK16的誤比特性能相比于普通的MSK調制沒有提升,甚至有所下降;但是隨著信噪比的提高,LINK16鏈路的性能快速增強,誤碼率遠低于僅進行MSK調制時的誤碼率,在誤碼率為10-3時,增益大約為10dB。
TDMA組網控制
LINK16 采用分布式的網絡架構,采用TDMA組網協議,其中各節點功能作用相同,無主站、從站區分,形成分布式網狀拓撲結構。整個網絡就像一個巨大的環狀信息池,網內所有單元都將自己的信息“投放”到信息池中供網絡用戶共享,也可以到信息池中根據需要“獲取”適合自己的信息。
TDMA協議將時間分割為周期性的時幀,每一時再分割為若干個時隙,然后根據一定的時隙分配原則,給每個用戶分配一個或多個時隙。用戶在指定時隙內發送數據,如果用戶在指定時隙中沒有數據傳輸,則相應時隙被浪費。Link-16將時間依照時元、時幀和時隙三種時間單元進行劃分和使用,如圖5所示。將1天的24h劃分成112.5時元,每時元時間12.8min;每時元又劃分成64時幀,每時幀12s;每時幀再劃分成1536個時隙,每時隙7.8125ms。
Link-16的基本網絡結構形式是單網。所有Link-16單元工作在同一個網絡中,統一劃分時隙,每個單元跳頻圖案相同。為LINK16在報頭信息提供了時隙類型以及消息發送源的ID標識。
為確保各用戶發射時隙的一致性,避免發送信息產生碰撞,全網需要統一時間基準,Link16指定一個節點作為網絡時間參考(NTR);將NTR時間定義為Link16的系統時間。以該系統時間為基準,校準全網時間,計算、確定網內各節點時隙的起始和終止,確保TDMA網絡時間同步和節點時隙對準。在Link16數據鏈中,任意節點均可被指定為NTR。已裝備使用的Link16數據鏈系統采用固定分配TDMA協議,在任務執行前通過網絡規劃預先完成各網絡節點的時隙分配,在作戰過程中不再變化。當節點無信息發送或退出時,則該節點所對應的時隙空閑。
實物搭建圖

本方案中,LINK16終端推薦使用SDR-LW系列一體機 。為了保證系統的正常運轉,需正確連接天線、顯示器、鼠標和鍵盤。
硬件型號
SDR-LW系列是珞光電子推出的高性能SDR(軟件無線電)獨立設備,由板載處理器、FPGA和射頻前端組成。通過Intel X86處理器與FPGA協同工作,增加了軟件無線電設備的靈活性。一體機的設計框架使其可以在室內或室外快速地搭建Link11戰術指揮鏈仿真系統。
典型應用場景
本方案完整實現了基于USRP的Link16數據鏈系統,由于系統實現方案比較簡潔,因此可移植性較高。系統可應用于各電子戰對抗實驗。