数据链-16用于在作战部队之间交换实时战术数据。与Link-11和Link-4A相比,该系统取得了重大改进,如无核心节点、抗干扰、通信灵活性、传输和数据安全分离、增加了参与者数量、提高了数据容量、网络导航功能和安全语音。
Link-16利用了联合战术信息分发系统(JTIDS),该系统包括两种类型的终端软件、硬件、射频设备,以及由此产生的高容量、安全、抗干扰波形。JTIDS的基本版本采用时分多址(TDMA),信号是扩频信号。TDMA中使用了两种扩频方法:直接序列扩频和跳频。JTIDS TDMA的每个时隙发射129个脉冲,前20个是同步段,其余109个是数据段。
在同步段和数据段中,用作脉冲调制信号的伪随机序列段是不同的。为同步段选择的伪随机序列段可以从32位二进制基码的所有可能排列中伪随机选择,或者从上述空间中具有良好自相关函数的集合中伪随机地选择,或者这两种方法的组合。
选择取决于它是用于粗同步还是细同步,以及整个系统对抗有源干扰和欺骗干扰的要求。上述所谓的“良好自相关函数”是指其单峰与旁瓣之间的关系。
每个时隙的粗同步段只能选择8个伪随机序列段,相应地,需要8个接收信道。不同的时隙使用不同的伪随机序列段。用作数据段中脉冲调制信号的伪随机序列段是通过用一个附加基码扩展31位M序列而构造的M序列。
由于这些伪随机序列段被周期性地移位并表示相应的数据,因此移位位置由信息源确定,而不是伪随机选择的。这种M序列的特点是周期性移位序列之间具有良好的互相关函数,它们彼此正交。
JTIDS的用户终端在接收到信号后,将其发送到信号检测器(数字滤波器),以检查同步段的脉冲调制信号,决定是接受还是拒绝这一系列信号。由于不同类型的伪随机序列用于同步和数据段,因此需要不同的检测器。检测器可以采用最大似然准则,进行32次比较,或者可以使用阈值检测电路(如双字表面声波滤波器)来实现。
在JTIDS中,有两种类型的同步概念。
一种是网络同步,其中每个成员的时钟都需要与参考时钟对齐,以形成系统时间。这确保了每个时隙的开始和结束时间是统一的,并且每个发送成员的信号传输时间从时隙的开始开始。
另一种类型的同步是信息同步,同步段的设计就是为了实现这一点。在JTIDS成员的接收器中,使用来自接收信号的16个粗略同步脉冲来生成误差不超过0.2微秒的定时信号。然后,利用四个精细同步脉冲将定时信号抖动降低到±20纳秒(标准偏差为10纳秒)。
在JTIDS成员接收机中,由接收信号的同步段生成的定时信号准确地标记了信号的到达时间。它有两个目的。首先,它用于数据段中的数据检测。接收到的射频脉冲被信号检测器直接转换为视频峰值脉冲。在数据段中,峰值的位置对应于M序列的偏移位置。通过定时信号,可以确定峰值的位置,该峰值表示M序列和相应二进制数据的偏移位置,从而允许数据检测。
定时信号的另一个重要用途是导航。由于JTIDS的所有系统成员在其分配的时隙内严格与系统时间同步传输,因此其他系统成员可以根据接收信号的到达时间计算其与传输成员的相对距离。这种技术被称为到达时间(TOA)测量,是JTIDS导航能力的基础之一。
因此,同步段产生的定时信号对于JTTDS系统的运行至关重要。在信号相关处理期间,信号自相关仅发生在整个伪随机序列段内的一个点上,并且该点以一个基码宽度的增量跳跃。
因此,由于使用了基码率为5 Mbit/s的伪随机码,JTIDS信号的固有分辨率不低于±100纳秒(相当于±33米的距离)。然而,分辨率可以进一步提高到基码宽度的一小部分,实现更高的精度。例如,Hughes实现了±4米的分辨率。