基于软件无线电的数据链轮询协议实践教学
窦高奇付天晖徐丹
［摘要］在海军工程大学“学科建设提质计划”背景下，在“数据链通信原理与技术”教学中，实现理论与实践结合，基于LINK-11数据链，实现了对信号的编码、调制、发送和接收。从理论、硬件、软件等方面论述了在教学中实现Link-11数据链通信的方法，克服了以往“数据链通信原理与技术”课程重理论、轻实践的弊端，提高了学生的实践能力和任职能力，对数据链的应用及教学具有特殊意义。
［关键词］通信Link-11；数据链；通信；教学；实践
［基金项目］2021年度海军工程大学学科建设理论研究课题“新时代军队院校特色学科建设发展研究——以信息与通信工程学科为例”（XK2021002）
［中图分类号］G642.3［文献标识码］A［文章编号］1674-9324（2023）20-0098-04［收稿日期］2022-05-27
在海军工程大学数据链专业本科生的高年级培育阶段，由于综合应用了硬件、软件系统，强调专业知识与社会前沿硬件开发技术相结合，理论知识点多，覆盖学科面广，学生要熟练掌握应用有较大难度，学习时感觉内容枯燥乏味，实践无从下手，实践教学效果不太理想，综合能力较弱的学生对此课程兴趣不大。为了培育学生架构数据链通信的能力及对Link-11数据链（11号战术数据链）的了解和分析能力，数据链专业的学生必须开设一门“数据链通信原理与技术”的教学及实践课程。基于通信系统的数据链应用实践课程的开设，将使数据链专业学生的数据链应用能力有较大提高。
数据链原理与技术涉及通信原理、计算机网络及数字通信等学科内容及数据链组网应用，实践课程涉及基本原理与典型应用结合的综合验证，同时需要学生熟练掌握MATLAB、C语言等软件编程和硬件平台操作，对学生动手能力要求高，教师实践环节设计难度大。我校目前配备的无线电平台，内部自带了Ubuntu操作系统，可以连接外部设备对其进行操作，同时可以通过MATLAB生成Link-11数据并进行信号捕获、频率估计、帧同步和差分解调译码。每个学生使用一台一体机设备即可完全仿真Link-11数据的发送与接收过程。基于上述硬件设施，我校具备扎实开展数据链轮询协议实践教学，提高学生专业水平的条件。
Link-11是一种具有保密功能的数据链，主要是供舰艇之间、舰岸之间、舰空之间和空岸之间实现战术数据交换的重要数据链，在未来的一段时间里都会发挥重要的作用［1］。因此，经过再三考虑，在“数据链通信原理与技术”教学实践课中引入Link-11数据链，让学生了解其特点、使用方法、应用领域、应用技巧及网络配置技术等，使学生通过对LINK-11数据链通信的了解和使用，了解数据链在通信系统中的作用及建立数据链系统的技巧等。
一、LINK-11数据链的特点与功能
Link-11是20世纪60年代开始研发的一种低速战术数据链并于70年代在美国海军开始服役［2］。Link-11数据链系统组成主要包括计算机、保密设备、数据终端、射频电台等。数据链系统的射频电台有短波电台（2M～30M）和超短波电台（225M～400M）两类，短波电台采用SSB调制，超短波电台采用FM调制。Link-11采用网络通信技术和标准报文格式，工作在HF频段時，使用SSB或抑制载波AM调制，可覆盖300海里；工作在UHF频段时，使用FM调制，提供舰对空150海里，舰对舰25海里。Link-11数据链支持空中舰船和水下跟踪数据、电子战数据和指挥控制单元之间的有限指挥数据的交换［3］。
Link-11作为地空数据链和空空数据链广泛应用于军事通信领域的指挥作战体系中，是情报传输系统的重要手段和工具。其诞生对北约数据链的研发具有相当重要的意义，在已服役的数据链中应用范围广泛、装备规模很大［4］。
二、基于Link-11的数据链通信教学实验课
我校实验室目前已配备了无线电平台，内部自带了Ubuntu操作系统，可以连接外设对其进行操作，并可以通过MATLAB生成Link-11数据波形。在教学过程中，学生要熟悉硬件平台的使用和操作，掌握硬件平台（包括无线电硬件平台、显示器、键盘、鼠标与硬盘）的正确连接和开机操作；熟悉软件界面的使用，了解Link-11数据链多站点组网方式，通过软件无线电平台模拟的多站点进行组网和点名呼叫实验，了解Link-11对发送波形的编码、并行子载波调制方式，了解发送信号的帧结构组成和功能及并行多音体制，了解Link-11接收端的同步捕获、帧同步、差分解调、译码的过程和基本原理，加深对Link-11轮询协议原理的理解。
（一）教学实验原理
采用理论与实验相结合的方式对学生进行教学。首先向学生讲解数据链通信的原理，然后进行分步实验教学。学生在实验前需了解数据发送原理、数据接收原理等主要数据链通信原理。
1.数据发