數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)與技術（第2版） 課件ch07數(shù)據(jù)鏈的信息傳輸

數(shù)據(jù)鏈的信息傳輸國防電子信息技術叢書數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)與技術(第2版)第七章01數(shù)據(jù)鏈的傳輸信道數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是一種包含格式化消息、通信協(xié)議和傳輸信道的數(shù)據(jù)通信鏈路，該系統(tǒng)需要以不同的數(shù)據(jù)速率并結(jié)合不同信道特性來傳輸戰(zhàn)術信息，信道特性不同，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的性能也不同。由于空間信道的開放性和有限性，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)所傳輸?shù)男畔⒈厝粫艿礁餍诺拉h(huán)境和干擾的影響，從而降低系統(tǒng)的可靠性，因此必須采用高效的調(diào)制技術和有效的差錯控制技術。數(shù)據(jù)鏈的傳輸信道電磁波的空間傳輸電磁波的頻段按照無線電頻段劃分，無線電波可分為超長波、長波、中波、短波、超短波、分米波、厘米波等。不同波長的無線電波傳輸特性也不同。數(shù)據(jù)鏈的傳輸信道電磁波的空間傳輸電磁波傳輸方式無線電波從發(fā)射點到接收點的傳輸路徑?jīng)Q定了無線電波的傳輸方式。由于電波傳輸中直射波、反射波和散射波并存，同時電磁波還會發(fā)生折射與繞射，電磁波傳輸方式較為復雜。通常將無線電波傳輸方式分為視距傳輸、天波傳輸、地波傳輸、散射傳輸和波導傳輸。不同頻率的電磁波傳輸方式不同。數(shù)據(jù)鏈的傳輸信道表7.3給出了幾種典型數(shù)據(jù)鏈的傳輸信道。數(shù)據(jù)鏈的傳輸信道人們通過測量，得出了晴朗天氣條件下，大氣吸收損耗與頻率的關系，如圖7.1所示。數(shù)據(jù)鏈的傳輸信道宇宙及大氣噪聲與頻率的關系曲線如圖7.2所示。數(shù)據(jù)鏈的傳輸信道02數(shù)據(jù)鏈的調(diào)制技術調(diào)制是為了使所傳輸信號特性與信道特性相匹配，通過調(diào)制，將其轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合信道有效傳輸?shù)男盘栃问?。各?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)所采用調(diào)制方式對數(shù)據(jù)鏈性能有重要影響。下面重點介紹典型戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)所采用的調(diào)制技術，主要包括Link-11數(shù)據(jù)鏈的π/4DQPSK調(diào)制、Link-16數(shù)據(jù)鏈的MSK調(diào)制和Link-22數(shù)據(jù)鏈的8PSK調(diào)制。數(shù)據(jù)鏈的調(diào)制技術Link-11數(shù)據(jù)鏈的π/4-DQPSK調(diào)制Link-11數(shù)據(jù)鏈采用常規(guī)Link-11波形（ConventionalLinkElevenWaveform，CLEW）進行副載波多音調(diào)制，使用并行傳輸體制，每個單音采用π/4DQPSK調(diào)制。經(jīng)多音調(diào)制后的信號，再通過HF頻段的單邊帶（SSB）調(diào)制技術或UHF頻段的調(diào)頻（FM）技術進行高頻調(diào)制。π/4-DQPSK調(diào)制是Link-11數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)信息加載的關鍵。π/4-DQPSK調(diào)制是一種正交差分相移鍵控技術，它的最大相位跳變值介于QPSK調(diào)制和OQPSK調(diào)制之間。數(shù)據(jù)鏈的調(diào)制技術在Link-16數(shù)據(jù)鏈中，待傳輸?shù)南⒔?jīng)糾錯編碼和交織后，以5bit二進制信息為一組，通過32bit序列進行CCSK調(diào)制，然后再與32bit的偽隨機噪聲按“異或（XOR）”邏輯運算，形成傳輸碼序列；Link-16數(shù)據(jù)鏈發(fā)射的脈沖信號就是以32bit的傳輸碼序列作為調(diào)制信號，以5Mb/s的速率對載波進行最小移頻鍵控調(diào)制（MSK）形成的。Link-16數(shù)據(jù)鏈的MSK調(diào)制數(shù)據(jù)鏈的調(diào)制技術MSK信號是一種包絡恒定、相位連續(xù)、帶寬最小并且嚴格正交的2FSK信號，且具有帶外旁瓣衰減快的特點。1.MSK調(diào)制的基本原理；2.MSK信號的產(chǎn)生和解調(diào)。數(shù)據(jù)鏈的調(diào)制技術Link-22數(shù)據(jù)鏈的8PSK調(diào)制在Link-22數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中，載波調(diào)制方式采用8PSK，以進一步提高信息傳輸效率，并可根據(jù)所采用的調(diào)制方式和編碼方式的不同組合，形成不同的信息傳輸波形。在本小節(jié)，重點介紹8PSK調(diào)制方式的調(diào)制解調(diào)原理。數(shù)據(jù)鏈的調(diào)制技術MPSK調(diào)制：8PSK調(diào)制方式屬于多進制數(shù)字相位調(diào)制（MPSK）的一種，它是利用載波的多種不同相位（或相位差）來表征數(shù)字信息的調(diào)制方式。8PSK調(diào)制：對于8PSK調(diào)制來說，φ有8種可能取值。數(shù)據(jù)鏈的調(diào)制技術圖7.19給出了8PSK信號的矢量圖。數(shù)據(jù)鏈的調(diào)制技術8PSK調(diào)制信號的產(chǎn)生原理框圖如圖7.20所示。數(shù)據(jù)鏈的調(diào)制技術03數(shù)據(jù)鏈的編碼技術對于數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)來說，通常是采用無線電信道傳輸信息，由于空間信道的開放性，所傳輸?shù)男畔⒈厝粫艿礁餍诺拉h(huán)境和干擾因素的影響，從而產(chǎn)生差錯，降低了信息傳輸?shù)目煽啃?。由乘性干擾引起的碼間串擾，可以采用均衡的辦法糾正；而加性干擾的影響則需要用其他辦法解決。在設計數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)時，應該首先從合理選擇調(diào)制方式、解調(diào)方法以及發(fā)送功率等方面來考慮，使加性干擾不足以影響所要求誤碼率要求。數(shù)據(jù)鏈的編碼技術若仍不能滿足要求，就需要考慮采用差錯控制編碼技術了。本節(jié)首先介紹差錯控制技術的原理，然后分別介紹Link-11數(shù)據(jù)鏈的檢錯編碼、Link-16數(shù)據(jù)鏈的RS碼和Link-22數(shù)據(jù)鏈的卷積碼的原理和應用方法。數(shù)據(jù)鏈的編碼技術從差錯控制角度看，按加性干擾引起的錯碼分布規(guī)律的不同，信道可以分為三類，即隨機信道、突發(fā)信道和混合信道。在隨機信道中，錯碼的出現(xiàn)是隨機的，而且錯碼之間是統(tǒng)計獨立的。例如，由正態(tài)分布白噪聲引起的錯碼就具有這種性質(zhì)。差錯控制技術原理數(shù)據(jù)鏈的編碼技術在突發(fā)信道中，錯碼是成串集中出現(xiàn)的，即在一些短促的時間段內(nèi)會出現(xiàn)大量錯碼，而在這短促的時間段之間存在較長的無錯碼區(qū)間。這種成串出現(xiàn)的錯碼稱為突發(fā)錯碼。產(chǎn)生突發(fā)錯碼的主要原因之一是脈沖干擾，例如電火花產(chǎn)生的千擾。信道中的衰落現(xiàn)象也是產(chǎn)生突發(fā)錯碼的另一個主要原因。既存在隨機錯碼又存在突發(fā)錯碼，且哪一種都不能忽略不計的信道，稱為混合信道。數(shù)據(jù)鏈的編碼技術檢錯重發(fā)在發(fā)送碼元序列中加入差錯控制碼元，接收端利用這些碼元檢測到有錯碼時，利用反向信道通知發(fā)送端，要求發(fā)送端重發(fā)，直到正確接收為止。前向糾錯前向糾錯一般簡稱為FEC（ForwardErrorCorrection）。這時接收端利用發(fā)送端在發(fā)送碼元序列中加入的差錯控制碼元，不但能夠發(fā)現(xiàn)錯碼，還能糾正錯誤碼元取值。數(shù)據(jù)鏈的編碼技術反饋校驗這時不需要在發(fā)送序列中加入差錯控制碼元。接收端將接收到的碼元原封不動地轉(zhuǎn)發(fā)回發(fā)送端。在發(fā)送端將它和原發(fā)送碼元逐一比較。檢錯刪除它和檢錯重發(fā)的區(qū)別在于，在接收端發(fā)現(xiàn)錯碼后，立即將其刪除，不要求重發(fā)。這種方法只適用在少數(shù)特定系統(tǒng)中，在那里發(fā)送碼中有大量多余度，刪除部分接收碼元不影響應用。數(shù)據(jù)鏈的編碼技術差錯控制編碼常稱為糾錯編碼。不同的編碼方法，有不同的檢錯或糾錯能力。有的編碼方法只能檢錯，不能糾錯。一般來說，付出的代價越大，檢（糾）錯能力越強。這里所說的代價，就是增加的監(jiān)督碼元多少，它通常用多余度來衡量。例如，若編碼序列中平均每兩個信息碼元就添加一個監(jiān)督碼元，則這種編碼的多余度為1/3?；蛘哒f，這種碼的編碼效率為2/3。設編碼序列中信息碼元數(shù)量為k，總碼元數(shù)量為n，則比值k/n就是碼率。監(jiān)督碼元數(shù)（n-k）和信息碼元數(shù)k之比稱為冗余度。理論上，差錯控制以降低信息傳輸速率為代價換取高傳輸可靠性。數(shù)據(jù)鏈的編碼技術Link-11數(shù)據(jù)鏈的漢明碼Link-11數(shù)據(jù)鏈采用的檢錯編碼方式是漢明碼，通過在信息比特后面添加一些監(jiān)督位以達到檢錯糾錯的目的。加密后的M系列戰(zhàn)術信息以24位的二進制信息為一組，經(jīng)過（30，24）漢明編碼后，產(chǎn)生6bit監(jiān)督位，放在24bit信息位后面，組成30bit的一幀數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)鏈的編碼技術Link-16數(shù)據(jù)鏈的RS碼RS碼RS（Reed-Solomon）碼是一類具有很強糾錯能力的多進制BCH碼。它首先由里德和索洛蒙提出，故稱為RS碼。RS碼對于糾突發(fā)錯誤特別有效，因為它具有最大的漢明距離，與其他類型的糾錯碼相比，在冗余符號相同的情況下，RS碼的糾錯能力最強。數(shù)據(jù)鏈的編碼技術在Link-16數(shù)據(jù)鏈中，為了提高信息傳輸?shù)目煽啃?，采用了RS糾錯編碼方式。其編碼方式如圖7.22所示。數(shù)據(jù)鏈的編碼技術卷積碼，或稱連環(huán)碼，是由伊萊亞斯（P.