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智能电磁频谱算法

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简介

Link11（美军称之为 T ADIL A）于20世纪70年代投入使用计划服役到2015年。通常所说11号数据链除海基的 Link11数据链外‚还包括陆基的Link11B 数据链Link11B 是一条专用、点对点、全双工的数据链路‚主要用于陆基防空和空中控制单元采用的消息格式与 Link11相同下面主要针对Link11进行分析论述。

Link11是一条保密的网络化数字数据链路用 于舰艇之间、舰岸之间、舰空之间、空岸之间实现战 术数字信息交换。该数据链采用 M 序列报文‚报文 标准由美国军用标准 MIL-STD-6011和北约标准ST ANAG5511定义通信标准由美国军用标准MIL-STD-188-203-1A 定义。标准传输速率为1364bps 或2250bps。它通常在网络控制站的控 制下以轮询方式进行工作也可采用广播模式工作。Link11数据链使用 HF 和 UHF 频段。当使用HF 频段时‚能够覆盖信息发送地点周围300nmile的 区 域 ；使 用 UHF 频 段时能够提供舰 对 舰25nmile、舰对空150nmile 的覆盖。 

系统组成

Link11数据链于20世纪70年代投入使用是 一条保密的网络化数字数据链路。通常所说的11号数据链除海基的 Link11数据链外还包括陆基的Link11B 数据链它们分别对应于美军的 TADIL-A和TADIL-B。Link11B主要用于陆基防空和空中制单元相对海基 Link11来讲 Link11B 应用范 围较小本文主要研究对象为海基 Link11数据链（以下简称 Link11数据链）。Link11数据链主要用 于舰艇、舰岸、舰空、空岸之间实现战术数字信息交 换。该数据链采用 M 序列报文‚工作模式包括网络 同步（Net Sync）、网络测试（Net Test ）、轮询（Roll Call）、广播（Broadcast ）、简短广播（Short Broadcast）、无线电静默（Radio Silence）6种轮询模式为其主要工作模式。Link11数据链使用 HF和UHF频段‚当使用 HF 频段时能够覆盖信息发送地点周 围300nmile 的区域；使用 UHF 频段时‚能够提供 舰对舰25nmile、舰对空150nmile 的覆盖。 

典型的 Link11数据链系统配置如图1所示由 计算机、保密设备、数据终端机（DTS）、HF 或 UHF无线电设备组成。数据终端机与无线电设备相连完成所有与网络操作有关的控制功能。 

算法实现原理

按照 Link11数据链通信标准［1］的描述数据 终端是 Link11数据链的核心由它完成 Link11音 频信号的产生和接收检测因此 Link11物理层算法 主要是指 Link11数据终端的物理层算法。下面对 数据终端的功能进行详细分析。

（1） 编码

Link11使用的编码方式是汉明编码就是在每 组信息码元的后面加补一些附加位以达到检错纠错 的目的。DTS 从TDS 计算机接收24位二进制数据然后加上6位检错纠错数据（EDAC）把24位数 据扩展为30位其值是基于对24位数据字特定组 合的奇偶校验具体的监督关系下： 

在 Link11系统中只对数据信息进行汉明编码起始码、终止码、地址码不进行汉明编码。 

（2） 调制解调 在 Link11系统中通过对音频信号分成数据帧 来标示各个30bit的数据在这15个数据音频中每 个音频的相移角度传递了这个音频中包含的数字信息每帧的每个数据频率都有特定的相位。在每帧的边界每个数据音频的相位根据前一帧进行相移。相移的大小即相位差决定了这2位数据的值其相位变化服从表1的规律。

将数据终端的物理层过程进行了模块化分解如图2和图3所示其中虚线框内为数据终端的物 理层过程。除AD和DA转换2个模块外都需要进行算法设计下面按照信号从发送到接收的流向对主要算法模块进行分析。 

图2　信号发送流程 

图3　信号接收检测流程 

（1） 信道编码Link11的战术报文采用（30‚24）的汉明编码编码方案由 Link11数据链系统通信标准［1］定义从中可以推出生成矩阵 G24×39。将战术报文信息mn×24通过生成矩阵 G 即得到 n 帧30 bit 的并行 数据： 

（2）π／4-DQPSK 调制Link11数据链系统采用多音并行体制没有信 道估计的机制所以只能采用相对移相的调制式——差分四进制移相键控（π／4-DQPSK 以下简称 DQPSK）从而可以解决相位模糊影响相干解调 输出的问题。首先在基带生成 DQPSK 符号对再搬移到音频。信号可表示为： 

式中：I k、Qk 为本次输出的符号对；I k－1、Qk－1为上一 次输出的符号对；θk 为输入二元组对应的相位 变化。 

（3） 副载波调制Link11数据链系统采用了多音并行体制即用15个音频载波来同时传递信号。一个 DQPSK 符号对（ I k，Qk）到其对应频率的 DQPSK 离散音频调制信号的计算： 

如 果 令 dk ＝ I k ＋ j Qk ，则 s （ f c nT s ） ＝ Re（dk ej2πfcnT s ），于是 N 个单音的 DQPSK 离散音频调制信号可合成： 

令 N＝15，且 f k 分别对应通信标准中规定的15个数据副载波单音，那么式（10）就是 Link11音 频信号（离散）。将 n×15的并行 DQPSK 符号对进 行副载波调制后，可以得到 n 帧音频调制信号的离散序列。 

（4） 副载波解调 副载波解调完成的是将多音并行信号变换到基带，输出 DQPSK 符号对。将式（10）的解析式通过 数学变换改写如下：

式中：（ f k － f0） Ts ＝k /N ，k 表示对应的音频频点序号。

那么携带数据信息的 DQPSK 符号对 dk 的解析式可以表示为：

LINK11信号样式

Link-11 可以使用单边带调制或双边带调制进行传输，具体取决于传播条件。双边带为接收站提供了更多的信号接收冗余。接收站可以根据信号质量决定接收哪个边带。

图4　单边带与双边带瀑布图

有两种主要的波形模式：传统链路十一波形 （CLEW） 和单音链路十一波形 （SLEW）。

图5　CLEW（DQPSK）与SLEW（8-PSK）

LINK11目前发现的信号频率

LINK11信号MATLAB仿真

clc
close all
clear all
​
Bit_R = 2250; % Bit Rate
Sym_R = 75; % Symbol Rate = 2250 bps / log2(M) / (nCarrs-1) , M for DQPSK Alphabet Size, nCarrs = 16;
% BB_R = 2.25e3; % Baseband Rate (Spreaded Symbol Rate)
% IF_R = 2.25e5; % IF Rate
% Center_Freq = 7e7; % Carrier Freq
Sample_R = 12000; % Sample Rate
​
nCarrs = 16; % 16 Tone
fBase = 55; % Each 15 SubCarrier = int * fbase
[fCarrs, fSpace] = carrierG( nCarrs, fBase ); % 16 Tone Carriers Freq and Freq-Interval
​
k = 0 : 2399; % Store Points
I = cos(2 * pi * fBase * 1 / Sample_R * k);
Q = cos(2 * pi * fBase * 1 / Sample_R * k);
​
DBit_Num = 5e3;
DFrm_Num = floor(DBit_Num / 24); % 30-bit word = 24-bit data word + 6 Hamming parity bits in each frame
%Frm_Len = 15; % 15 Tones with DQPSK = 30 bits/frame
​
M=4; % DQPSK
​
% RCCF Configuration
OverSamNum = 5; % Samples Per Symbol = 5
SybOrdNum = 6; % Filter Order in Symbols
R_fircos = 0.25; % Rolloff Factor
​
%% Frames Generation
Pre_Frms = PreFrm_Gen( Sample_R, Bit_R, fSpace, I, Q ); % Preamble Frames Generation
​
[PhaRef_Frm, Pha_Ref] = PhaRef_Gen(Sample_R, Bit_R, nCarrs, fSpace, I, Q, M); %Phase Reference Frame Generation
​
% Control Code Frames Generation
Start_Frms = CCFrm_Gen(Pha_Ref, Sample_R, Bit_R, nCarrs, fSpace, I, Q, M, 'STARTC'); % Start Code
PStop_Frms = CCFrm_Gen(Pha_Ref, Sample_R, Bit_R, nCarrs, fSpace, I, Q, M, 'PSTOPC'); % Picket Stop Code
CStop_Frms = CCFrm_Gen(Pha_Ref, Sample_R, Bit_R, nCarrs, fSpace, I, Q, M, 'CSTOPC'); % Control Stop Code
​
Origin_Bits = Data_BitsG(DFrm_Num); % 30-bit word-by-word
% Data Bit Generation; 15-Tone Composite Signal with  2-bit/tone
Data_Frms = DFrm_Gen(Origin_Bits, Pha_Ref, Sample_R, Bit_R, nCarrs, fSpace, I, Q, M);% Data Frame Generation
​
%% Framing
IwM = [Pre_Frms PhaRef_Frm Start_Frms Data_Frms CStop_Frms CStop_Frms]; % Interrogation with a Message
I = [Pre_Frms PhaRef_Frm]; % Interrogation
PR = [Pre_Frms PhaRef_Frm Start_Frms Data_Frms PStop_Frms PStop_Frms]; % Picket Reply
​
y = UHF_dds( IwM );
​

完

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