摘要：在当今社会，数据链系统作为国防体系中重要的组成部分，要求通信信息的传输、分发、处理必须做到及时、安全和有效。但无线通信网络环境中，多变的电磁环境对通信的干扰很大。因此数据链系统不仅采用跳频、扩频、和跳时等技术来提高系统的抗干扰能力，纠错编码技术在进一步提高抗突发干扰中的作用也尤为重要。文章将简要介绍RS码及其在数据链系统中的典型应用。
1.引言
随着全球军事科学技术的飞速发展，以信息技术为重要基础，以系统集成为基本方式，以有效控制为主要目标，正在推动战争形态和战略格局等诸多方面的变革，其中最为突出的特征就是对信息的依赖性越来越强。其本质是以信息共享为基础建立起信息优势，利用信息优势实现决策优势，加快了决策和指挥速度，实现作战协同与自同步能力，从而大大提高系统作战能力。传统的通信和指挥控制方式远远不能满足指挥员对战场信息获取和新型号武器对信息系统的需求。战争实践表明，数据链系统己经成为现代战争中实现联合作战的有力保障以及提高体系对抗作战能力的重要因素。
2.数据链系统概述
随着科技的不断进步，敌方的攻击手段越来越丰富，这就造成作战空间不断扩大，实时传输的信息量成倍增长。这种情况下，一种速率更高、容量更大、抗干扰能力更强的数据链系统应运而生。它是一种信息综合应用系统，可以极大地提高部队在联合作战中的协同作战指挥能力，增强部队的整体作战效能。
与一般的通信系统不同，数据链系统的核心任务是在不同的作战单元之间交换各种信息，数据链系统传输的主要是实时的格式化作战数据。因此，数据链系统具有以下几个主要特点[1]：
1)信息传输的实时性。数据链系统力求提高数据传输的速率，缩短各种机动目标的更新周期和各种指挥引导信息的传输时延，保证信息传输的实时性。
2)信息传输的可靠性。数据链系统主要通过无线信道来传输信息。信号在无线信道传输的过程中，各种衰落现象十分严重。因此，数据链系统需要采用各种先进的抗干扰技术以保证数据传输的可靠性。
3)信息传输的安全性。为了不让敌方截获我方信息，数据链系统针对不同敏感级别的信息采用不同的信息加密技术，确保信息安全。
4)信息格式的一致性。数据链系统规定了各种目标信息的格式，指挥控制系统按格式编辑需要经过数据链传输的目标信息，以便在各种作战单元中对目标信息进行处理，同时也避免信息在网络间交换时因格式转换造成时延。
5)系统运行的自动化。数据链设备在设定其相应的工作方式后，系统将按照相应的通信协议，在网络控制器的控制下自动运行。
3.数据链系统中的RS码
目前，数据链系统主要是为作战平台提供抗干扰能力强、保密效果好的数据通信，传输实时或近实时的侦查和传感器信息，尽可能的提高作战平台的协调能力和作战效能。由于通信过程中信道噪声以及敌方突发性的故意干扰，信号在经过信道传输过程中，不可避免的会受到干扰而出现信号失真，错误可能是一串或很长的数据，当误码率达到一定程度时会导致通信失败。因此，为了保证通信成功就必须提升通信系统的可靠性。
在纠错编码技术发展以前，要提升通信系统可靠性最简单的方法是加大发射功率。但由于数据链系统中各部分的相对位置处于不断变动之中，因此数据链系统不能采用大功率发射和空间分集的方法来提高抗干扰能力。随着编码理论和大规模集成电路技术的发展，采用可以纠正突发错误的编码技术，可以在不增加发射功率的情况下，提高通信系统的可靠性，使信息的传输、处理、分发做到及时、有效和安全。RS码正是一种具有强大纠错能力的编码，对随机错误、突发错误和删除错误都有良好的纠错性能。由于RS码对突发错误超强的纠错能力，所以广泛应用于数据链系统的差错控制中。数据链系统框图[2]如图1所示。
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图1数据链系统信号流框图
3.1RS码概念
RS码（Reed-Solomon码）是根据这种码的两个发明人的名字Reed和Solomon命名的，是纠错码中一类很重要的线性分组码。它是BCH码中很重要的一个子集，也是一种最大距离可分码，即在给定每个码字所具有多少冗余量的情况下，RS码具有极大的最小距离。在了解RS码之前，先来复习一些基本数学概念[3]：
（1）由有限个元素的集合所构成的域称为伽罗华域(Galois)或有限域，表示为GF，伽罗华域是指按域的构成规则构成的有限个元素的集合，同时要求满足加法和乘法两种运算的封闭性;
（2）RS码属于循环码，即码字经任意循环移位后得到的仍然是属于该GF域上的码字元素;
（3）RS码属于线形分组码，码长为n的码块中前k个码符号为信息位，后面n-k个码符号为校验位。
RS码是多元码，源自多元BCH码，是其一种特例，即取m=1。由于m=1, GF(qm)域也就成为GF(q1)域。RS码的生成多项式的根和码元符号都是同一域上的元素。RS码还有一个比较特殊的性质：当所要求设计的纠错能力为t时，2t个连续幂次的根(x - a)(x - a2 )攭(x – a2t)既是扩展域GF(q1)上的根多项式，但同时又是多元基域GF(q)上的最小多项式，这种性质对设计多元BCH码很有帮助。
在GF(q)上，纠正t个错误的RS码具有如下的参数:
n=q-1
n-k=2t
dmin=n-k+1=2t+1
可见RS码的最小汉明距离dmin 。
除此之外，RS码是一种具有纠正多个错误的能力的非二元码。对于突发性的错误，RS码可以在使用相对较少的符号数目下发现连续的比特错误。RS码的另外一个性质是，码字所使用的符号和译码过程中所使用的符号是一致的，从而使得在译码过程中所进行的运算就是码符号之间的运算。
3.2RS码应用
数据链系统信道编码方案设计为:在数据传输部分使用级联码，作用是对内码编码使用RS码，完成主要的纠错功能；外码编码使用CRC效验码，其RS码纠错后进行效验。同时，系统还采用交织技术，以增强整体的抗突发错误能力。
系统中信息包括两部分:信息标志和数据部分[4].在信息标志部分，采用的是(16,4)RS纠错码，它可纠6个错误，满足信息标志(时隙号、用户号、消息类型)的高可靠性的要求。 RS(16,4)纠错码，原始标志位是20比特数字信号，用RS码进行编码成80比特，然后通过扩频、调制等处理，最后送入信道。同样，在接收端，接收到80比特数字信号，信号经过解调、解扩，经RS译码，最终输出20比特的数字信号。
在数据部分，编码过程中，首先将每组的70比特数据进行CRC校验编码，编码后变成75比特。然后将这75比特每5比特作为一个码元(一共15个码元)进行RS(31,15)编码。采用 (31,15) RS码，每组可纠8个错误，7组交织可纠56个错误。这种信道编码使得在由31个字符组成的大组中，由于干扰或传播等原因，即便在16个字符无法判决，或者有8个字符判决错误了，在信道译码时也能纠正过来，恢复这一大组中所包含的真正信息。为了防止突发性干扰引起的误码，在纠错编码后还进行交织。在接收部分，接收过来的信号经过解调、解扩，经过去交织、RS译码，最终输出7*75比特的数字信号[5]。
3.3RS码结构
在GF(2m)上纠正t个错误的RS码的生成多项式为：
g（x）=(x-α) (x-α2) 攭 (x-α2t)
=αn-kxn-k+αn-k-1xn-k-1+攭+α1x+α0
其中αi∈GF(2m)，i=1,2，…，2t。
对于本文中所研究的RS（31,15）码，其生成多项式为：
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对于RS码本原域元素计算：
RS（31,15）在GF(25)上，本原多项式为p(x)=x5+x2+1，由此可以得出a5=a2+1，可以得出其每个本原元素如下：
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………
由此可以推算出在GF(25)域上面从a0到a31所有的本原元素，这是GF(25)域上计算的基础。
4.结束语
随着信息技术的不断发展，对数据链系统信息传输和处理的有效性、可靠性的要求越来越高，必将会对数据链系统的抗噪声性能提出更高的要求。研究表明，RS编码技术能特别有效的纠正突发错误，而且纠错码随着分组大小的增加而纠错性能更加有效，实现的复杂程度要低于相同长度的其他编码方法，虽然在小信噪比情况下性能有所欠缺，但综合来说利用 RS码能有效地改善数据链系统的传输质量。基于这些特点，RS码具有很大的吸引力，在通信领域有着广泛的应用。
参考文献
[1] 王文政，周经纶.战术数据链技术发展研究.光电与控制[J].2008,15 (11): 42-46.
[2] 崔玉美，王淑钧.RS编译码算法及在战术数据链中的应用[J].应用科技，2004, 31( 11): 42-44.
[3] 孔义明，杨丽萍.信息化战争中的战术数据链[M].北京:北京邮电大学出版社，2005.
[4] 郭晋压.数据链系统中信道编译码仿真与FPGA实现[D].西南交通大学硕士学位论文.2009.
[5] 张川.数据链系统中RS编译码研究及其实现.[D].哈尔滨工程大学硕士学位论文.2012.