徐達峰 楊建波 劉 鵬

（中國人民解放軍空軍航空大學(xué)，吉林 長春130022）

0 引言

戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（TTNT）作為美軍新一代數(shù)據(jù)鏈建設(shè)中的重要組成部分，可以使得戰(zhàn)場態(tài)勢更好地在各個作戰(zhàn)平臺之間進行快速高效地傳輸。TTNT數(shù)據(jù)鏈的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，物理層的構(gòu)建對于信息的傳輸將起到十分重要的作用，下面從工作頻段、時域劃分、時隙結(jié)構(gòu)、收發(fā)機的消息處理機制、發(fā)送脈沖形式五方面來進行分析。

圖1 TTNT數(shù)據(jù)鏈的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1 工作頻段

TTNT數(shù)據(jù)鏈采用了與Link16相近的工作頻段，具體如表1所示。

表1 TTMT數(shù)據(jù)鏈的工作頻段

2 時域劃分

在TTNT數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中，各作戰(zhàn)平臺同處在一個網(wǎng)絡(luò)之中，在同一頻率下進行消息的發(fā)送與接收，時域的具體規(guī)劃如圖2所示。一天24小時被分成112.5個時元，即每個時元的周期為12.8m。每個時元被分成64幀，即每幀12s。每一幀被分為1536個時隙，即每個時隙為7.8125ms，并且這1536個時隙最后被分成A、B、C三組，每組包含512個時隙。在一幀中時隙被記作0—511，以循環(huán)方式交替出現(xiàn)，即從A-0、B-0、C-0 到 A-511、B-511、C-511，下一幀的 A-0 接在上一幀的 C-511后面。對于每個時元而言，98304個時隙也被分成A、B、C三組，每組包含32768個時隙。而在一個時元中時隙被記作0—32767，同樣以循環(huán)方式交替出現(xiàn)， 即從 A-0、B-0、C-0 到 A-32767、B-32767、C-32767，下一幀的A-0接在上一幀的C-32767后面。

時隙通常以時隙分區(qū)的方式分配給網(wǎng)絡(luò)中的每個作戰(zhàn)成員，時隙分區(qū)由時隙組（即 A、B、C 組）、起始數(shù)字（即 0-32767）、重復(fù)率（0-15）三個參量確定。其中的重復(fù)率是指某個時隙分區(qū)包含的時隙數(shù)目的對數(shù)。而每個時元被分成了64幀，因此最多可以設(shè)置64個時隙分區(qū)。在所有的時隙分區(qū)中，重復(fù)率為6、7、8的被使用的最為頻繁。重復(fù)率、時隙對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

圖2 TTNT數(shù)據(jù)鏈時域劃分

表2 重復(fù)率、時隙對應(yīng)關(guān)系

3 時隙結(jié)構(gòu)

時隙是TTNT數(shù)據(jù)鏈最小的時間單元，其持續(xù)周期是7.8125ms，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。一個時隙主要包括抖動、粗同步、精同步、報頭/報文、傳播保護時間等部分。

3.1 粗同步

粗同步頭由16個雙脈沖字符組成，接收機在本地生成的32個脈沖，其頻率、PN碼順序與發(fā)送消息的粗同步一致，一旦認(rèn)定等待的信號來到，就會使得接收機與發(fā)射機進入同步流程，為后序的解調(diào)、TOA測量做好準(zhǔn)備。

3.2 精同步

精同步頭由4個雙脈沖字符組成，用來減小粗同步頭產(chǎn)生的信號的TOA的不確定性，使得發(fā)射機與接收機達到同步狀態(tài)。

3.3 報頭

在每一時隙開頭，都要先發(fā)送35bit的報頭消息。報頭消息后面就是報文消息，報頭中包含的消息與所傳送的報文消息相對應(yīng)。報頭消息格式內(nèi)容見表3，其中的時隙類型見表4。

表3 報頭消息

表4 時隙類型

35bit的報頭數(shù)據(jù)被分成7組后，每組5bit數(shù)據(jù)段經(jīng)過（16，7）RS編碼，就得到了16個5bit的報頭數(shù)據(jù)段，最后以16個雙脈沖的形式進行發(fā)送。

3.4 報文

一個完整的報文消息是由初始字、延長字、繼續(xù)字等部分組成。一個TTNT系列消息最多包含8個字符。一個消息從其初始字開始，之后根據(jù)實際作戰(zhàn)需要，可以選擇后接延長字或繼續(xù)字。特別是當(dāng)一個消息同+含有延長字和繼續(xù)字時，延長字必須在繼續(xù)字之前，并根據(jù)信息交換的需要來選擇是否發(fā)送繼續(xù)字。對這三類字符進行區(qū)別可以利用字頭的2bit信息來識別，也就是說00代表初始字，10代表延長字，01代表繼續(xù)字，11代表可變消息。

①始字里包含了報文消息最基本的數(shù)據(jù)信息，其消息格式見表5。

表5 初始字格式

②延遲字是用來傳輸與基本數(shù)據(jù)在邏輯上關(guān)系緊密的數(shù)據(jù)信息，其格式如表6。其數(shù)據(jù)字段必須根據(jù)初始字的標(biāo)識和子標(biāo)識的組合來確定，并按照順序進行發(fā)送。

表6 延長字格式

③繼續(xù)字用來傳輸附加的數(shù)據(jù)，其格式見表7。

表7 繼續(xù)字格

3.5 傳播保護時間

設(shè)置傳播保護時間的目的有兩個：①在下一個時隙開始之前，確保所有信號作用距離內(nèi)的接收機已經(jīng)順利完成接收工作，從而避免沖突的發(fā)生；②讓所有的接收機做好下一個時隙的接收/發(fā)射準(zhǔn)備。

4 收發(fā)機的消息處理機制

TTNT數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)瞻l(fā)機包括了RS（Reed-Solomon）編碼器、符號交織器、循環(huán)碼移鍵控（CCSK）調(diào)制器、高斯最小頻移鍵控（GMSK，Gaussian Minimum Keyed）碼片調(diào)制器等單元，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 TTNT數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)瞻l(fā)機

4.1 RS編碼

RS編碼會使用m個比特進行排列組合來得到M個符號，即M=2m。在一個TTNT信息到達物理層時，會按5bit標(biāo)準(zhǔn)被分成多個數(shù)據(jù)組。35bit的報頭數(shù)據(jù)被分成7組后，每組5bit數(shù)據(jù)段經(jīng)過RS（16，7）編碼，就得到了16個5bit的報頭數(shù)據(jù)段分碼組；而含有報文頭的15個符號數(shù)據(jù)經(jīng)過RS（31，15）編碼后進入到符號交織單元。

4.2 符號交織

TTNT符號交織過程如圖4所示。發(fā)送端對消息進行交織的目的是為了提高消息的抗干擾能力，以減少由于消息頭部符號受到干擾而導(dǎo)致通信介質(zhì)傳輸性能的下降，在接收端只需作相反的處理既可還原消息。

圖4 TTNT符號交織過程

4.3 CCSK調(diào)制

TTNT的CCSK調(diào)制過程如圖5所示。一個32碼片長度的序列經(jīng)過向左位移后，與所有的32碼片長度的序列進行互相關(guān)，以此來確定應(yīng)該接收的碼字。

圖5 CCSK調(diào)制過程

與MSK調(diào)制相比，GMSK調(diào)制的優(yōu)點在于：①調(diào)制后的波形包絡(luò)起伏較?。虎诠β收加寐市?，可以最大化信道的吞吐量；③GMSK調(diào)制過程在調(diào)制前采用了高斯濾波器進行預(yù)調(diào)制濾波，減小載波在切換頻

4.4 GMSK調(diào)制

點時的跳變能量，在相同傳輸速率時確保頻點間距更加緊湊；④誤碼率小。故相對于MSK調(diào)制而言，GMSK調(diào)制更適用于TTNT數(shù)據(jù)鏈。GMSK信號可以表達為：

式（1）中，a表示輸入數(shù)據(jù)，T表示碼元寬度。

其中 g（t）在[0，L]上可以表示為

5 發(fā)送脈沖形式

TTNT數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用射頻脈沖串這一發(fā)射方式，如圖6所示。一個時隙被分成起始段T1、傳送段T2、保護段T3。傳送段T2用來發(fā)射脈沖串信號，占時長為3.354ms，可以傳送129個字符。起始段T1、保護段T3不發(fā)射脈沖串，共占時長4.4585ms。TTNT數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)可以完全嵌入到Link16數(shù)據(jù)鏈的JTIDS系統(tǒng)以實現(xiàn)射頻系統(tǒng)的共享，而JTIDS系統(tǒng)的作用距離為300nmile，為了確保信號傳輸?shù)耐暾?，因此保護段T3的占用時長不能小于2ms，起始段T1只能在0～2.4585ms的時間內(nèi)進行隨機抖動。

圖6 TTNT信號在一個時隙內(nèi)的示意圖

圖7 射頻傳輸方式

這129個字符中，有20個字符用于消息同步，其他109個字符用來傳送數(shù)據(jù)。每個脈沖是以碼片寬度0.2us的32位PN碼隨機序列作為調(diào)制信號對載波進行高斯最小頻移鍵控（GMSK，Gaussian Minimum Keyed）調(diào)制而形成的，故單位脈沖的時長為6.4us。而一個字符占時長為26us，因此在傳輸時可以采用單脈沖與雙脈沖兩種形式，如圖7所示。采用單脈沖形式時，不同發(fā)射脈沖采用不同的頻率，跳速為38461跳/秒；而采用雙脈沖形式時，不同發(fā)射脈沖同樣采用不同的頻率，此時跳速為76923跳/秒。

6 結(jié)束語

對美軍新型數(shù)據(jù)鏈TTNT的物理層結(jié)構(gòu)，從其工作頻段、時域劃分、時隙結(jié)構(gòu)、收發(fā)機的消息處理機制、發(fā)射脈沖形式五方面著手，對其進行了具體分析。從TTNT數(shù)據(jù)鏈物理層的搭建可以看出，TTNT數(shù)據(jù)鏈可以與美軍的Link16數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)完美聯(lián)接，這對于各作戰(zhàn)平臺間戰(zhàn)場態(tài)勢信息的共享具有十分重要的保障作用，可以進一步促進戰(zhàn)場的信息化建設(shè)。通過研究美軍近幾年來新研制并投入使用的TTNT數(shù)據(jù)鏈，可以更進一步地提高我軍自己的數(shù)據(jù)鏈建設(shè)與發(fā)展，更好地提升我軍的信息化建設(shè)與作戰(zhàn)能力。

［1］梅文華,蔡善法.JTIDS/Link 16數(shù)據(jù)鏈[M].北京:國防工業(yè)出版社,2007.

［2］陳志輝,李大雙.對美軍下一代數(shù)據(jù)鏈TTNT技術(shù)的分析與探討[J].通信技術(shù),2011(5).

［3］蘇同領(lǐng).探索美軍新型機載數(shù)據(jù)鏈的新發(fā)展[J].外軍信息戰(zhàn),2013(2).

［4］孟永強,王麗欣.TTNT數(shù)據(jù)鏈研究[J].飛航導(dǎo)彈,2014(7).

［5］葉禮邦,付海波.美軍戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析與啟示[J].飛航導(dǎo)彈,2014(8).