數據鏈理論與系統(第2版)（簡體書）

數據鏈是按照規定的消息格式和通信協議，利用調製解調、編解碼、抗干擾、組網通信和信息融合等多種技術，以面向比特的方式實時傳輸格式化數字信息的地―空、空―空、地―地戰術無線數據通信系統。本書首先論述數據鏈的基本理論和關鍵技術；然後分析典型航空數據鏈系統――Link-4A、Link-11、Link-16和Link-22及其作戰應用；最後介紹演進中的協同與制導數據鏈――機間數據鏈、武器數據鏈、TTNT和CEC，數據鏈的網絡化發展――航空網絡，以及代表性技術――移動自組織網和LPI通信技術等。

呂娜：空軍工程大學教授，空軍高層次人才，通信與信息系統“航空通信與數據鏈”方向碩士生導師、博士生副導師。一直從事超短波通信、航空數據鏈的教學和科研工作。參與空軍地空通信重大項目多項，獲軍隊科技進步二等獎和三等獎各2項，空軍通信軍事理論研究優秀成果三等獎2項；主持軍口863創新基金項目1項、預研基金1項，航空科學基金項目2項，陝西省自然科學基金項目3項，軍內科研項目3項，橫向合作項目2項。發表論文30餘篇，其中SCI檢索1篇、EI檢索5篇、ISTP檢索4篇；主持編寫教材6部，其中公開出版1部。

前 言
數據鏈是按照規定的消息格式和通信協議，以面向比特的方式實時傳輸格式化數字信息的戰術無線數據通信系統。數據鏈作為數字化戰場作戰的“黏合劑”和“倍增器”，對預警、指揮及協同等作戰效能的提升作用，已在大量飛行試驗和實戰演習中逐漸得到驗證和體現，並逐步向戰鬥力生成轉化。
數據鏈的應用和發展，需要相關通信理論與通信技術的支撐，更需要對通信理論與技術的應用研究以及通信技術與系統的集成，對技術和工程應用的綜合要求較高。本書從培養應用型複合人才的角度出發，在數據鏈基本概念和基本原理介紹的基礎上，重點圍繞航空數據鏈的關鍵通信技術以及航空數據鏈的典型應用系統進行全面而系統的論述。
全書共10章，可分為兩部分。第一部分為數據鏈理論與技術，包括第1章～第6章，第二部分為數據鏈系統，包括第7章～第10章。各章主要內容以及修訂情況如下：
第1章 數據鏈概述。本章辨析數據鏈的內涵，闡述數據鏈的理論體系架構，介紹數據鏈的典型系統及其特點，建立數據鏈的基本概念和知識體系。與第1版相比，第2版重新梳理了數據鏈的知識體系，系統性地給出了數據鏈理論體系架構；增加了與數據通信、通信網絡以及數據鏈系統等關聯概念的對比分析；規範了典型戰術數據鏈系統的描述。
第2章 數據鏈的傳輸信道。本章介紹數據鏈通信信道的相關知識和理論。首先從電磁波傳播的角度，介紹數據鏈的電波傳播相關理論；然後從天線的角度，介紹相關天線理論和數據鏈使用的天線；最後，分析三種主要數據鏈通信信道的特點，描述通信信道模型。第2版補充完善了電波傳播和天線的基礎理論內容，如電磁感應定律、波動方程、無線電工程的分貝概念和天線參數等；梳理了波形失真與畸變對電波傳播的影響，從色散效應、多徑效應和多普勒效應等方面進行描述；梳理地面和機載數據鏈天線，重新編寫了相關內容；修改超短波信道內容，增加了信道模型的介紹。
第3章 數據鏈的信息傳輸技術。本章圍繞數據鏈物理層波形技術，介紹數據鏈系統中使用的調製技術，信息編碼技術、差錯控制技術的原理、性能，以及在相應數據鏈通信系統中的應用。
第4章 數據鏈的抗干擾技術。本章主要從頻域角度介紹數據鏈的抗干擾技術。在簡要介紹通信抗干擾技術的基礎上，重點敘述數據鏈中主要的擴頻抗干擾技術。由於抗干擾與數據鏈的波形技術關係密切，第2版將本章調整到數據鏈傳輸技術章節之後，並修改了Link-16數據鏈抗干擾技術的部分內容。
第5章 數據鏈的多址接入技術。本章圍繞數據鏈建鏈層技術，介紹構建數據鏈網絡的組網技術――多址接入技術。首先介紹無線網絡、移動自組織網絡以及數據鏈的典型多址接入類型，對比各類MAC協議的特點；然後重點分析說明Link-11數據鏈的輪詢協議和Link-16數據鏈的TDMA協議及其協議性能，簡要分析CSMA協議；最後概括數據鏈MAC協議的發展需求，並介紹新型數據鏈MAC協議。第2版增加了無線信道資源、點對點信道與廣播信道、全連通網絡與多跳網絡等概念描述；完善Link-11數據鏈輪詢協議的性能分析，補充了Link-16數據鏈TDMA協議的性能分析；加強了數據鏈組網技術的多業務、拓撲動態、多跳等變化趨勢的分析，對數據鏈MAC協議的研究方向重新分類，並按照新的分類介紹USAP協議和DTDMA協議，增加了多信道SPMA協議。
第6章 數據鏈的網絡管理。本章圍繞數據鏈網絡的設計和維護，介紹數據鏈的網絡管理技術。主要對通用的網絡管理技術進行概略性介紹，重點討論網絡管理在數據鏈系統中的應用，詳細分析Link-11、Link-22特別是Link-16數據鏈系統的網絡管理。第2版完善了Link-16數據鏈系統的網絡管理部分，增加了Link-22數據鏈系統網絡管理內容。
第7章 Link-4A/ Link-11數據鏈系統。本章介紹美軍Link-4A和Link-11數據鏈系統的系統組成、系統功能、網絡結構、消息標準、幀結構、性能特點以及系統應用。第2版修改完善了Link-11數據鏈系統的消息幀結構以及信號幀結構，補充了Link-11B數據鏈系統描述。
第8章 Link-16數據鏈系統。本章介紹美軍目前廣泛裝備使用的Link-16數據鏈系統，該系統實現大量平臺之間快速、實時、可靠的信息分發和共享，支持不同軍兵種聯合作戰。主要包括系統組成、系統功能、網絡結構、消息幀結構、消息標準、性能特點以及系統應用，重點介紹傳輸體制、組網體制以及系統功能的特殊性。第2版修改完善了JTIDS波形內容；添加了對Link-16網絡中繼功能和中繼模式的介紹。
第9章 Link-22數據鏈系統。本章介紹Link-11數據鏈的改進型，即Link-22數據鏈系統。簡要介紹Link-22數據鏈系統的系統結構、信號特徵、網絡結構及消息標準。第2版補充完善了Link-22數據鏈通信性能特點的對比分析。
第10章 數據鏈的發展。本章介紹適應未來作戰需求的新型數據鏈技術和數據鏈系統。圍繞多業務、網絡化、互聯互通和空天地一體化的數據鏈基本發展趨勢，介紹近年來開展的主要研究項目、涉及的新型數據鏈和相關新技術，重點介紹機間數據鏈、武器數據鏈網絡、戰術瞄準網絡、協同交戰能力和航空網絡，以及移動自組織網絡技術和隱身通信技術等。第2版增加了數據鏈演進的章節，對數據鏈戰術需求與技術演進的過程進行了總結；梳理了協同與精確制導需求下的新型數據鏈，增加了戰術瞄準網絡、協同交戰能力等內容。
本書第2版由呂娜主編，張岳彤、陳柯帆、張煥梅、藍興編著，參與編寫和修訂的還有劉創、曹芳波、周家欣、鄒鑫清和朱夢圓；全書由呂娜統稿。
在本書的編寫和修訂過程中，單位領導和同事給予了大力支持，提出了很多寶貴的建議；另外，本書參考和引用了大量新的技術文獻資料。在此，向所有為本書的出版作出貢獻的人們表示衷心感謝！
數據鏈的內涵和外延隨著數字化戰場的深化而不斷發展，由於編者水平有限，加之時間倉促，書中定有謬誤和不當之處，敬請讀者批評指正。
編者郵箱： Lvnn2007@163.com
編 者
2018年5月

目 錄
第1章 數據鏈概述 1
1.1 引言 1
1.2 數據鏈概念 2
1.2.1 數據鏈的產生背景 2
1.2.2 何謂數據鏈 4
1.2.3 數據鏈的作用 5
1.2.4 數據鏈類型 6
1.3 數據鏈理論體系 11
1.3.1 組成要素 11
1.3.2 網絡拓撲 13
1.3.3 參考模型 17
1.3.4 通信業務 20
1.3.5 關鍵技術 21
1.3.6 性能指標 22
1.4 數據鏈系統 26
1.4.1 典型系統 26
1.4.2 系統組成 27
1.4.3 系統特點 28
1.4.4 戰術應用 29
1.5 關聯概念辨析 31
本章小結 32
思考與練習 33
參考文獻 33
第2章 數據鏈的傳輸信道 34
2.1 電波傳播 34
2.1.1 無線電波 34
2.1.2 自由空間的電波傳播 37
2.1.3 實際空間的電波傳播 39
2.2 天線 51
2.2.1 基本天線理論 51
2.2.2 數據鏈中常用天線 54
2.3 數據鏈通信信道 66
2.3.1 超短波信道 66
2.3.2 短波信道 70
2.3.3 衛星信道 74
本章小結 80
思考與練習 80
參考文獻 82
第3章 數據鏈的信號波形技術 83
3.1 數字調製技術 83
3.1.1 BPSK、?/4-DQPSK和8PSK 83
3.1.2 MSK 90
3.1.3 QAM 93
3.1.4 網格編碼調製（TCM）技術 96
3.2 信息編碼技術 98
3.2.1 適應差值脈碼調製 98
3.2.2 增量調製 99
3.2.3 線性預測編碼 100
3.3 差錯控制技術 102
3.3.1 差錯控制方法 102
3.3.2 糾錯編碼的基本原理 105
3.3.3 循環碼 106
3.3.4 卷積碼 107
3.3.5 CRC碼 108
3.3.6 RS碼 109
3.3.7 Turbo碼 110
3.3.8 LDPC編碼 113
3.3.9 交織 116
本章小結 118
思考與練習 118
參考文獻 118
第4章 數據鏈的抗干擾技術 120
4.1 概述 120
4.1.1 通信對抗 120
4.1.2 通信干擾 122
4.1.3 抗干擾通信 123
4.2 擴展頻譜技術 123
4.2.1 抗干擾通信理論基礎 124
4.2.2 直接序列擴譜（DSSS） 126
4.2.3 跳變頻率擴譜（FHSS） 130
4.2.4 跳變時間擴譜（THSS） 133
4.2.5 調頻擴譜（ChirpSS） 134

4.2.6 混合擴展頻譜（Hybrid SS） 135
4.3 LINK-16數據鏈的擴頻抗干擾 137
4.3.1 軟擴頻（CCSK編碼） 138
4.3.2 跳頻 140
4.3.3 跳時 141
本章小結 141
思考與練習 141
參考文獻 141
第5章 數據鏈的多址接入技術 143
5.1 多址接入技術與MAC協議 143
5.1.1 相關概念 143
5.1.2 多址接入技術 145
5.1.3 MAC協議 146
5.1.4 無線網絡MAC協議 146
5.1.5 Ad Hoc網絡的MAC協議 152
5.1.6 戰術數據鏈的MAC協議 152
5.2 輪詢協議 154
5.2.1 應用場景和協議描述 154
5.2.2 協議性能參數 155
5.2.3 協議性能分析 156
5.2.4 Link?4A的MAC協議 163
5.3 固定分配TDMA協議 164
5.3.1 應用場景和協議描述 165
5.3.2 時隙分配 165
5.3.3 協議性能分析 174
5.4 CSMA協議 180
5.4.1 典型隨機競爭MAC協議 180
5.4.2 隨機競爭MAC協議在航空數據鏈中的應用 185
5.5 數據鏈MAC協議的發展趨勢 185
5.5.1 正交域多址接入（ODMA）和USAP協議 187
5.5.2 具有QoS的按需分配動態TDMA MAC協議 193
5.5.3 基於統計優先級的多址接入（SPMA）協議 199
本章小結 203
思考與練習 203
參考文獻 204
第6章 數據鏈的網絡管理 208
6.1 網絡管理基礎 208
6.1.1 網絡管理的必要性 208

6.1.2 網絡管理體系結構 210
6.2 數據鏈中的網絡管理 211
6.2.1 數據鏈網絡管理系統的功能、組成及特性 211
6.2.2 數據鏈網絡管理系統操作流程 212
6.3 LINK-11網絡管理 215
6.3.1 網絡控制站 215
6.3.2 網絡循環時間 216
6.3.3 運行管理 217
6.4 LINK-16網絡管理 219
6.4.1 網絡設計 220
6.4.2 通信規劃 224
6.4.3 初始化 229
6.4.4 網絡控制 232
6.5 LINK-22網絡管理 235
6.5.1 網絡責任 235
6.5.2 超網/網絡的管理 236
本章小結 238
思考與練習 238
參考文獻 239
第7章 LINK-4A/ LINK-11數據鏈系統 240
7.1 LINK-4A數據鏈系統 240
7.1.1 Link-4系統綜述 240
7.1.2 Link-4A系統結構 243
7.1.3 消息幀結構及消息標準 244
7.1.4 網絡結構 247
7.1.5 網絡管理 248
7.1.6 性能特點 249
7.2 LINK-11數據鏈系統 250
7.2.1 系統綜述 250
7.2.2 系統結構 251
7.2.3 消息標準 255
7.2.4 信號波形 257
7.2.5 網絡結構 259
7.2.6 網絡工作模式 259
7.2.7 性能特點 261
7.2.8 Link-11B 263
本章小結 264
思考與練習 265
參考文獻 265

第8章 LINK-16數據鏈系統 266
8.1 系統綜述 266
8.1.1 發展歷史 266
8.1.2 性能特點 267
8.1.3 作戰效能 268
8.1.4 裝備情況 268
8.2 LINK-16設備 268
8.2.1 2類JTIDS終端 269
8.2.2 MIDS終端 274
8.2.3 輔助保障設備 274
8.3 JTIDS波形 274
8.3.1 信息加密 275
8.3.2 傳輸脈衝 275
8.3.3 射頻調製 276
8.3.4 時隙結構與數據封裝 276
8.4 J系列消息標準 279
8.4.1 消息種類（固定格式） 280
8.4.2 消息幀結構 281
8.5 LINK-16網絡 284
8.5.1 資源分配 284
8.5.2 單網結構 286
8.5.3 中繼 288
8.6 系統功能 289
8.6.1 網絡參與組 289
8.6.2 網絡參與單元 290
8.6.3 初始入網、往返計時A和往返計時B 291
8.6.4 精確參與定位與識別A、精確參與定位與識別B、間接PPLI和聯合PPLI 293
8.6.5 其他功能 294
8.7 LINK-16應用系統 295
8.7.1 Link-16艦載系統 295
8.7.2 E-2C預警機Link-16系統 298
8.7.3 F-14D戰鬥機Link-16系統 300
8.7.4 系統作戰能力 301
8.7.5 典型作戰應用 302
8.8 性能特點 304
本章小結 305
思考與練習 305
參考文獻 306
第9章 LINK-22數據鏈系統 307
9.1 系統綜述 307
9.2 系統結構 308
9.3 F/FJ消息標準 311
9.4 LINK-22網絡 314
9.5 性能特點 318
本章小結 320
思考與練習 321
參考文獻 321
第10章 數據鏈的發展 322
10.1 數據鏈的演進 322
10.2 協同與精確制導需求下的數據鏈 324
10.2.1 新型數據鏈的特點 324
10.2.2 美軍機間數據鏈 324
10.2.3 武器數據鏈網絡 327
10.2.4 戰術瞄準網絡技術 330
10.2.5 協同交戰能力 335
10.3 航空網絡 341
10.3.1 航空網絡概述 342
10.3.2 航空網絡特點 344
10.3.3 航空網絡體系結構 345
10.3.4 技術挑戰 348
10.4 移動自組織網 351
10.4.1 移動ad hoc網絡 351
10.4.2 網絡的特點 353
10.4.3 網絡的拓撲結構 354
10.4.4 航空網絡與移動ad hoc網絡 355
10.5 LPI通信技術 357
10.5.1 LPI通信概述 357
10.5.2 LPI通信波形特點 360
10.5.3 LPI通信系統性能參數 360
10.5.4 信道損耗對LPI通信的影響 364
本章小結 368
思考與練習 368
參考文獻 369