一种兼容数据链的时隙数据帧的形成终端及其工作方法技术
【技术实现步骤摘要】
一种兼容数据链的时隙数据帧的形成终端及其工作方法
本专利技术涉及一种兼容数据链的时隙数据帧的形成终端及其工作方法，确切地说，涉及一种在JTIDS/Link16战术数据链中采用编码调制、扩频通信、比特映射和时隙数据封装成时隙数据帧的形成终端及其工作方法，属于无线通信的
技术介绍
数据链是一种以通信网络为桥梁，信息处理为中心，连接分布于陆、海、空、天的多种战场的感知系统、指挥自动化系统、火力打击系统以及信息攻击武器系统等多种作战要素而构成的一个有机整体的信息网络，也是在军备系统中对传感器、指挥控制系统与武器平台实现综合一体化建设和数字集成的基础，是实现战场信息共享、缩短指挥决策时间、快速实施打击的通信技术保障关键。联合战术信息分发系统JTIDS(JointTacticalInformationDistributionSystem)/Link16数据链系统是一种采用时分多址TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)接入方式的无线数据广播网络，用于传输机器可读的各种战术数字信息(其中大致分为视频、话音、图像和数据四大类)的战术级用户之间的通...
【技术保护点】
一种兼容JTIDS/Link16数据链的时隙数据帧的形成终端，其特征在于：该终端基于数据冗余度的相关性和通信服务质量要求，在射频带宽恒定条件下，对接收到的业务数据进行分析，选择适宜的编码、调制与扩频组合技术和数据封装格式，并将该组合技术信息映射到时隙数据帧的精同步字段的填充比特位，以使接收终端在精同步过程中，获取后续接收数据的编码、调制与扩频组合技术信息，既缩短接收数据的解扩、解调和译码预处理时间，满足数据链的抗干扰性、保密性、实时性，又增强数据链的适应性，提高系统吞吐量；该终端设有人机交互、计算控制、时隙数据帧处理和数据处理四个组成单元，该四个组成单元功能分别是：人机交互...
【技术特征摘要】
1.一种兼容JTIDS/Link16数据链的时隙数据帧的形成终端，其特征在于：该终端基于数据冗余度的相关性和通信服务质量要求，在射频带宽恒定条件下，对接收到的业务数据进行分析，选择适宜的编码、调制与扩频组合技术和数据封装格式，并将该组合技术信息映射到时隙数据帧的精同步字段的填充比特位，以使接收终端在精同步过程中，获取后续接收数据的编码、调制与扩频组合技术信息，既缩短接收数据的解扩、解调和译码预处理时间，满足数据链的抗干扰性、保密性、实时性，又增强数据链的适应性，提高系统吞吐量；该终端设有人机交互、计算控制、时隙数据帧处理和数据处理四个组成单元，该四个组成单元功能分别是：人机交互单元，用于实现人机交互：将用户的输入指令传送到计算控制单元，并向用户呈现计算控制单元完成数据处理后的输出结果；还以显示器控制面板实现业务数据与可选功能的图形化展示和选择：负责完成与主机交互通信、以及与主机系统功能一体化所需的数据处理，同时执行下述功能：话音信号的模/数和数/模转换、选择数据加密方式、与计算控制单元的数据交换，电源功率匹配和天线切换选择；计算控制单元，负责分析来自人机交互单元的数据与控制指令，再转换为作用于时隙数据帧处理单元和数据处理单元内各个模块的控制指令，或者缓存时隙数据帧处理单元和数据处理单元内各个模块处理数据后的状态信息；同时分析基带数据的相关性和汇总计算结果，由决策模块根据汇总结果查找编码调制扩频技术方案查找表，生成时隙数据帧处理单元和数据处理单元的控制指令；或者分析处理来自时隙数据帧处理单元的数据后，对照编码调制扩频技术方案查找表，恢复接收到的时隙数据帧所封装数据的编码调制扩频信息，生成译码、解调、解扩的控制信息，指导数据处理单元内各模块执行相应操作，以便从接收的时隙数据帧中恢复话音、视频图像、或请求、命令信息，并反馈给人机交换单元；且在完成数据链的通信服务的同时，监控该终端的运行状况；该计算控制单元设有：计算分析、信息汇总、决策和控制信息处理共四个组成模块；时隙数据帧处理单元，负责在JTIDS数据链中，利用类似时分多址接入TDMA组网技术中待发送数据的时隙数据帧的生成方式，完成时隙数据帧的报头、粗同步与精同步字段的生成，还将待发送业务数据的封装格式、编码、调制、扩频的组合技术信息传送到决策模块，由决策模块比对编码调制扩频技术方案查找表，找出所采用的组合技术在查找表中的编号，生成作用于时隙数据帧处理单元的控制信息，再由精同步处理模块负责将对应的技术方案编号以5位二进制数据形式，填充到时隙数据帧中的精同步字段填充比特位，并将计算结果的完成状态反馈给计算控制单元；在接收信息时，负责把从粗同步、精同步与报头的各个比特位恢复出来的对应控制信息反馈给计算控制单元；该时隙数据帧处理单元设有：报头处理、粗同步处理和精同步处理共三个组成模块；数据处理单元，负责分别与计算控制单元和时隙数据帧处理单元交互：既根据计算控制单元的控制指令处理待发送的基带数据，并整合时隙数据帧处理单元的报头、粗同步和精同步字段的数据，完成该终端的时隙数据帧的生成与发送功能；同时又将接收的时隙数据帧中的粗同步、精同步、报头各字节中的每个比特信息分发到时隙数据帧处理单元进行还原，进而传送到计算控制单元，以便根据计算控制单元从报头、粗同步、精同步字段中各个比特信息解析得到该时隙数据帧的数据处理操作指令，完成数据流的逆向数据恢复，并将恢复后的数据发送到计算控制单元，以供人机交互单元显示；该数据处理单元设有：数据采集、基带数据处理、编译码、扩频解扩、调制解调和信号收发共六个组成模块。2.根据权利要求1所述的形成终端，其特征在于，所述计算控制单元中的各个模块功能如下：计算分析模块，用于分别与该终端的其他单元交互信息：同人机交互单元交互，将用户对该终端的业务数据与操作指令，以及包括抗干扰、保密、实时性的多种服务质量性能指标，生成归一化的服务质量需求参数，再发送到信息汇总模块；同数据处理模块交互信息，接收来自基带数据处理模块的源数据相关度及其数据量信息，归一化处理为基带数据特征参数后，传输到信息汇总模块；同时隙数据帧处理单元交互，对时隙数据帧中的报头、粗同步和精同步字段中的比特数据信息进行分析后，发送到信息汇总模块；信息汇总模块，负责为服务质量需求参数、基带数据特征参数、报头和粗同步与精同步字段的比特数据信息分配各自存储空间，且对存储于不同区域的服务质量参数和基带数据特征参数进行汇总处理，为决策模块的操作提供数据支撑；决策模块，负责该终端的处理控制的决策操作：在发送信号时，根据服务质量需求参数和基带数据特征参数查找匹配、分析权衡不同时隙数据帧封装格式的传输速率、脉冲类型、加密方式、编码、调制和扩频的处理过程，查找编码调制扩频技术方案查找表，选择能够满足通信服务需求的相对最优的处理方案，并将该处理方案各阶段使用的不同技术信息，发送到控制信息处理模块；在接收信号时，对来自信息汇总模块的报头、粗同步与精同步字段中的比特数据信息还原为十进制的编码调制扩频技术方案编号，再与技术方案查找表进行匹配，以便恢复该时隙数据帧的帧格式、加密方式、编码、调制和扩频处理信息，再发送到控制信息处理模块；控制信息处理模块，用于在发送信号时，把来自决策模块的不同编码调制扩频处理的技术方案编号及其对应技术信息转化为时隙数据帧处理单元和数据处理单元内的各个模块对应控制指令，控制这两个处理单元完成业务数据的顺利发送；在接收信号时，同样把来自决策模块的不同编码调制扩频技术方案的逆向处理信息转化成时隙数据帧处理单元和数据处理单元内的各个模块的相应控制信息，实现如同信号发送时的数据逆向处理。3.根据权利要求1所述的形成终端，其特征在于，所述时隙数据帧处理单元中的各个模块功能如下：报头处理模块，负责在发送信号时，根据计算控制单元的控制指令，将决策模块产生的待发送业务数据的加密信息、终端位置、时隙数据帧的封装类型、业务数据封装类型的信息都映射到报头对应比特位，并将该报头发送到基带数据处理模块，与加密后的待发送业务数据一起编码；在接收信号时，根据该终端已经实现的粗同步和精同步，恢复报头中每个比特位的数据信息，再发送到计算控制单元进行处理，解析得到该接收数据中的加密信息，终端移动轨迹和时隙数据帧的其他信息，以供计算控制单元对数据处理单元中的各个模块发送相应的控制指令；粗同步处理模块，负责生成时隙数据帧的粗同步字段：发送信号时，根据计算控制单元中控制信息处理模块的控制指令，参照时分多址接入TDMA数据帧的粗同步字段组成结构，生成每个比特位顺序表示的载波恢复CR/比特位定时恢复BTR(CarrierRecovery/BitTimingRecovery)、唯一字UW(UniqueWord)、站地址识别码SIC(StationAddressIdentificationCode)的粗同步字段，以供接收端对接收的时隙数据帧执行粗同步操作；粗同步字段后面是精同步字段、以及携带数据加密信息的报头和业务数据；接收信号时，粗同步处理模块负责捕获时隙数据帧中的同步信息，将粗同步字段的各个比特位信息传送到计算控制单元进行解析处理，执行配合精同步的粗同步操作，完成同步跟踪，保证时间同步精度误差小于一个时隙数据帧时长，实现通信双方的时间和信息处理同步；精同步处理模块，负责在计算控制单元协调下，生成时隙数据帧的精同步字段：发送信号时，根据数据处理单元各个模块的操作过程，将处理业务数据的编码、调制和扩频组合技术方案的十进制编号，转换为5位二进制数据，且重复3次形成15位比特字段，填充到精同步字段；这些填充比特位既保留原数据链时隙数据帧精确同步功能，又为恢复时隙数据帧中业务数据提供预处理信息；然后将精同步比特位发送到数据处理单元，由数据处理单元完成精同步字段与粗同步端的连接，将粗同步字段和精同步字段共同构成不大于100比特的同步比特流，发送到调制解调模块，完成后续数据处理；接收信号时，精同步处理模块负责保证和提高通信双方的时间同步精度，并将精同步比特位的填充比特位数据信息发送到计算控制单元进行解析，获悉该时隙数据帧封装的业务数据的编码、调制与扩频信息，进而生成译码、解调和解扩信息，以供数据处理单元根据这些逆向处理信息提取封装的业务数据，完成时隙数据帧的解封装。4.根据权利要求1所述的形成终端，其特征在于，所述数据处理单元中的各个模块功能如下：数据采集模块，通过外接或内嵌的多种传感器与该终端的天线采集和接收数据，为基带数据处理模块提供数据源；基带数据处理模块，负责在信号发送时，先计算来自数据采集模块的源数据相关度及其数据量，再将计算结果发送到计算控制单元进行处理，由计算控制单元生成针对该源数据的多种信息：数据、视频、图像和话音的业务分类、采用的时隙数据帧封装类型、源数据的编码、调制、扩频和跳频的控制技术，并对该源数据加密后，发送到编译码模块；在信号接收时，根据计算控制单元的解密信息，对来自编译码模块的译码数据进行解密，复原为基带数据流；同时将数据处理单元中每个模块的数据处理结果完成状态反馈到计算控制单元，再传送给人机交互单元进行显示，以供监控该终端的运行状态；编译码模块，负责对业务数据进行编码与译码：发送信号时，根据计算控制单元的编码控制指令，对来自基带数据处理模块的数据进行纠错编码后，发送到扩频解扩模块；但在通信保密和抗干扰性能要求低时，则直接将来自基带数据处理模块数据发送到调制解调模块，即省略编译码模块处理过程，提高数据传输速率；接收信号时，接收来自扩频解扩模块处理后的数据或直接接收来自调制解调模块未经扩频处理的数据进行译码；该模块保留JTIDS/Link16数据链的里德—索罗门RS(Reed-Solomon)纠错编码，增设纠错功能强的涡轮Turbo编码与低密度奇偶校验编码LDPC和多种不同码率，其中RS编码采用1/2码率，Turbo编码采用1/3或1/2两种可选码率，LDPC编码采用1/3或5/6两种可选码率，以供用户根据业务数据的实时性、抗干扰性和保密性的通信服务质量不同需求进行选择，增强终端编码灵活性，提高系统吞吐量；扩频解扩模块，用于增强信号传输时的抗干扰和保密性能：发送信号时，若为抗干扰性能要求高的通信场景，根据计算控制单元的扩频指令，对来自编译码模块的数据流进行扩频处理：展宽信号带宽，将扩频后的码字发送到调制解调模块，提高信号抗干扰性；若通信环境对抗干扰性能要求低而实时性要求高时，该模块不工作、数据直接被转发到调制解调模块，提高信息传输实时性；接收信号时，根据计算控制单元统一生成的解扩控制命令，对来自调制解调模块的数据进行解扩处理后，发送到编译码模块；或者将来自调制解调模块的未经扩频的数据直接发送到编译码模块；调制解调模块，负责根据计算控制单元的调制解调控制指令，对分别来自扩频解扩模块、编译码模块或信号收发模块的数据进行调制或解调：发送信号时，将扩频解扩模块生成的(5,32)扩频码片序列进行调制；调制方式保留原JTIDS/Link16数据链的最小相移键控MSK(MinimumShiftKeying)，还增添两种：二进制相移键控BPSK(BinaryPhaseShiftKeying)和正交相移键控QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)；接收信号时，根据计算控制单元生成的解调命令，对接收的时隙数据帧中的业务数据执行解调处理；信号收发模块，负责该终端的信号收发操作：发送信号时，将粗同步的调制信号、精同步调制信号依序设置在业务数据前端，即连接成为一个个时隙数据帧，进而根据计算控制单元的跳频控制指令，对来自调制解调模块的已调脉冲波形信号进行跳频、滤波、功放和发送处理；接收信号时，先对接收数据进行功放、滤波，再根据计算控制单元的解跳频控制信息，对时隙数据帧进行解跳频处理，将其中的粗同步、精同步和报头字节数据分别发送到时隙数据帧处理单元。5.根据权利要求4所述的形成终端，其特征在于，所述选取满足要求的数据封装格式包括：标准双脉冲封装STDP(StandardDoublePulse)、2个双脉冲封装P2DP(Packed-2DoublePulse)、2个单脉...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，赵坤，司怀柱，李绍胜，杜海清，袁宝库，
申请(专利权)人：北京天驰星科技有限公司，北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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