Was ist Link 16? Frequenzbereich, Bandbreite, TDMA und Terminals

Link 16 ist die wichtigste taktische Datenverbindung der NATO: ein verschlüsseltes, störgeschütztes Funknetz im Band 960–1215 MHz, das Luftfahrzeugen, Schiffen, Luftverteidigungseinheiten und Gefechtsständen erlaubt, Positionen, Tracks, Befehle und Sprache nahezu in Echtzeit auszutauschen. Der Standard ist in MIL-STD-6016 und STANAG 5516 definiert; die Verbindung trägt festformatierte J-Serien-Nachrichten (TADIL J) und läuft auf JTIDS- und MIDS-Terminals mit Zeitmultiplexzugriff (TDMA).

Dieser Leitfaden behandelt das, was Ingenieure und Programmmanager tatsächlich nachschlagen: den Frequenzplan, die Zeitschlitzstruktur, reale Datenraten und warum sich veröffentlichte Zahlen widersprechen, Network Participation Groups, Terminals und Reichweite. Tiefergehende Details zur Gateway- und Codec-Integration finden sich in unserem Leitfaden zur Link-16-Softwareintegration.

Was ist Link 16?

Link 16 ist zwei Dinge zugleich. Es ist ein Nachrichtenstandard — der Katalog festformatierter binärer J-Serien-Nachrichten für Positionen, Überwachungstracks, Waffenkoordinierung, Luftfahrzeugführung und Statusmeldungen; „TADIL J“ (Tactical Digital Information Link J) ist die ältere US-Bezeichnung für diesen Nachrichtensatz. Und es ist zugleich ein Funknetz — eine TDMA-Wellenform, die jede Übertragung verschlüsselt, über 51 Frequenzen springt und jedem Teilnehmer eigene Zeitschlitze zuordnet. Die USA spezifizieren beides in MIL-STD-6016, die NATO in STANAG 5516; unsere STANAG-5516-Erklärung behandelt die Dokumente.

JTIDS, das erste Link-16-Terminalprogramm, reicht bis in die Mitte der 1970er-Jahre; US-Luftwaffe und -Marine führten die Systeme Anfang der 1990er ein. Heute betreiben die Vereinigten Staaten, NATO-Mitglieder und Partner wie Australien, Japan und Südkorea Link 16. Typische Teilnehmer:

• Luftfahrzeuge — Kampfflugzeuge (F-15, F-16, F/A-18, F-35, Eurofighter Typhoon, Rafale, Gripen), Seefernaufklärer, Tankflugzeuge und Frühwarn- und Leitflugzeuge wie E-3, E-7 und E-2.
• Schiffe — Flugzeugträger, Zerstörer und Fregatten verbündeter Marinen.
• Luft- und Raketenabwehr — bodengestützte Systeme wie Patriot, NASAMS, SAMP/T und THAAD.
• Führungs- und Gefechtsstände (C2), die das Lagebild aufbauen und führen.
• Netzwerkfähige Waffen — Munition wie JSOW C-1 und SDB II, die Zielaktualisierungen im Flug erhält.

Wie die Datenverbindung Link 16 funktioniert

Jede Einheit im Netz — eine JTIDS/MIDS Unit, kurz JU — hat ein Terminal, das die genaue Netzzeit hält. Die Zeit ist in 7.8125-ms-Schlitze unterteilt, und der Netzentwurf — die Network Data Load (NDL), im OPTASK LINK der Operation veröffentlicht — teilt jedem Terminal mit, welche Schlitze seine Sende-Schlitze sind. Jede JU sendet in ihren eigenen Schlitzen, und jede JU in Sichtverbindung empfängt sie direkt — es gibt keine Master-Station, die Verkehr weiterleitet. Der Verkehr wird in Network Participation Groups (NPGs) gruppiert — logische Kanäle wie PPLI, Überwachung, Führung oder Sprache —, sodass ein Kampfflugzeug, ein AEW&C-Flugzeug und ein Schiff ein gemeinsames Netz nutzen, während jede Einheit nur verarbeitet, was ihre Rolle braucht.

Ein Terminal ist die Netzzeitreferenz (NTR): Seine Uhr definiert die Netzzeit, wird vom Netz nie korrigiert, und es gibt genau eine pro Netz. Ein beitretendes Terminal erreicht die Grobsynchronisation durch Empfang einer Initial-Entry-Nachricht (NPG 1), dann die Feinsynchronisation durch den Austausch von Round-Trip-Timing-Nachrichten (RTT, NPGs 2 und 3). Einheiten jenseits des Funkhorizonts werden über Relaisübertragung — erneutes Senden in separat zugewiesenen Schlitzen — erreicht oder durch den Transport der J-Serien-Nachrichten über andere Medien mit JREAP, unten behandelt.

Der Frequenzbereich von Link 16

Link 16 arbeitet im Band 960–1215 MHz — dem UHF-Band „Lx“, das die ITU dem Flugnavigationsfunk zuweist. Die Terminals springen über 51 Mittenfrequenzen von 969 bis 1206 MHz im Abstand von 3 MHz. Der Sprungsatz ist in drei Teilbänder aufgeteilt, sodass keine Link-16-Trägerfrequenz nahe 1030 MHz oder 1090 MHz liegt — den IFF/SSR-Abfrage- und Antwortfrequenzen:

Das Band wird mit DME, TACAN, IFF/SSR, ADS-B, Kollisionswarnsystemen und, am oberen Ende, GNSS-Signalen wie GPS L5 geteilt — und Link 16 ist dort Sekundärnutzer, der auf Nichtstörbasis gemäß nationaler Frequenzzuteilungsabkommen arbeitet. Deshalb unterliegt die Verbindung Sendebeschränkungen, die die meisten militärischen Funkgeräte nicht kennen (siehe Einschränkungen).

Frequenzsprungverfahren und Impulsstruktur

Jeder Impuls trägt ein 5-Bit-Symbol, codiert als eine von 32 zyklischen Verschiebungen einer 32-Chip-Sequenz (Cyclic Code Shift Keying, CCSK), verwürfelt mit einem pseudozufälligen Chipmuster und MSK-moduliert mit 5 Mchip/s. Ein Impuls dauert 6.4 µs, gefolgt von 6.6 µs Totzeit — ein Impuls alle 13 µs — und die Trägerfrequenz springt bei jedem Impuls auf eine neue Frequenz, 76,923-mal pro Sekunde, in einer Reihenfolge, die vom Übertragungssicherheitsschlüssel und der Netznummer festgelegt wird. Nachrichtendaten sind durch Reed-Solomon RS(31,15) geschützt, der Header durch RS(16,7), und die Symbole werden interleaviert. In Doppelimpulsformaten wird jedes Symbol zweimal auf zwei verschiedenen Frequenzen gesendet (26 µs pro Symbol) — Kapazität wird gegen Störfestigkeit getauscht.

Verschlüsselung und Störschutz

Zwei kryptografische Variablen schützen die Verbindung. Nachrichtensicherheit (MSEC) verschlüsselt den Inhalt; Übertragungssicherheit (TSEC) verbirgt die Wellenform — zusammen mit der Netznummer verschlüsselt sie das Sprungmuster, das Chip-Scrambling und die zufällige Jitter-Verzögerung am Anfang jedes Schlitzes, sodass ein Störer nicht vorhersagen kann, wo und wann der nächste Impuls kommt. Spreizung, interleavierte Codierung und Doppelimpuls-Diversität erhöhen die Reserve. Die Algorithmen der ersten Generation werden derzeit im Rahmen der Kryptomodernisierung ersetzt (siehe Terminals unten).

Link-16-TDMA: Zeitschlitze, Rahmen und Epochen

Die Zeitgebung von Link 16 schachtelt drei Einheiten ineinander:

• Zeitschlitz — 7.8125 ms, also 1/128 s: eine Sendegelegenheit, 128 pro Sekunde.
• Rahmen — 12 Sekunden, 1,536 Zeitschlitze.
• Epoche — 12.8 Minuten, 64 Rahmen, 98,304 Zeitschlitze; danach wiederholt sich der Plan (112.5 Epochen pro Tag).

Die Schlitze sind in drei Sätze interleaviert — A-0, B-0, C-0, A-1, B-1, C-1 und so weiter —, sodass jeder Satz 512 Schlitze pro Rahmen und 32,768 pro Epoche enthält. Eine Zuweisung wird geschrieben als Satz, Startindex und Wiederholungsratennummer R und bedeutet 2^R Schlitze pro Epoche (R = 0–15). Ein Block mit Rate 10 umfasst beispielsweise 1,024 Schlitze pro Epoche: einen Schlitz alle 0.75 s. Planer rechnen diese Arithmetik NPG für NPG durch — unser Leitfaden zum Link-16-Netzentwurf führt Schritt für Schritt durch.

Innerhalb eines Schlitzes läuft das Standardformat so ab: pseudozufällige Jitter-Verzögerung, Synchronisations- und Zeitverfeinerungsimpulse, Nachrichten-Header und Daten, dann eine Ausbreitungsschutzzeit, damit das Signal entfernte Empfänger erreicht, bevor der nächste Schlitz beginnt. Ein Schlitz trägt 72 Impulse (RTT nur mit Header), 258 (Standard Double Pulse, Packed-2 Single Pulse) oder 444 (Packed-2 Double Pulse, Packed-4 Single Pulse); die dichteren Formate verkleinern den Jitter, um Platz zu schaffen, und geben Störschutzreserve auf.

Welche Bandbreite hat Link 16?

Suchen Sie nach der Datenrate von Link 16, finden Sie 26.88 kbps, 115.2 kbps, 238 kbps und „über 1 Mbps“ — manchmal auf derselben Seite. Die meisten Angaben stimmen; sie zählen nur Verschiedenes. Alles folgt aus drei Fakten: Ein Netz hat 128 Schlitze pro Sekunde; ein Packformat setzt 3, 6 oder 12 Wörter in einen Schlitz; und jedes J-Serien-Wort ist 75 Bit lang (70 Daten + 5 Parität), die die Reed-Solomon-Codierung zu 155 Bit in der Funkstrecke erweitert.

• J-Serien-Daten sind das, was eine Anwendung für festformatierte Nachrichten nutzen kann: 70 Bit × Wörter pro Schlitz × 128 Schlitze pro Sekunde.
• Mit Parität zählt die vollen 75-Bit-Wörter; das ist die „codierte“ oder „geschützte“ Rate, die Datenblätter von Terminals nennen, z. B. 115 kbps für Packed-4.
• Freitext ohne Reed-Solomon-Codierung, hauptsächlich für digitale Sprache genutzt, füllt alle 155 Bit jedes Blocks — 1,860 Bit pro Packed-4-Schlitz, daher die 238 kbps in manchen Datenblättern — auf Kosten der Fehlerkorrektur.
• Enhanced Throughput (ET) auf MIDS-JTRS ersetzt das klassische Codierschema und hebt die geschützte Rate von 115 kbps auf über 1 Mbps (Herstellerangaben bis 1,102 kbps) — auf Kosten von Robustheit und Reichweite.

Zwei Einschränkungen wiegen mehr als die Schlagzeilenzahl. Es sind Summen für ein Netz, die sich alle Teilnehmer teilen: Eine Einheit sendet nur in den Schlitzen, die ihr der Netzentwurf gibt, bei der klassischen Obergrenze von 1,536 J-Wörtern pro Sekunde (12 Wörter × 128 Schlitze). Und operationale Netze laufen selten im Vollausbau in Packed-4, denn dichtes Packen kostet Störschutzreserve und Friedens-Frequenzzuteilungen begrenzen die Impulsdichte; Kapazität wächst durch das Stapeln von Netzen auf verschiedenen Netznummern, nicht durch die Beschleunigung eines Netzes. In HF-Hinsicht gibt es keine Kanalbandbreite anzugeben — die Impulse jedes Netzes spreizen sich über den ganzen Sprungsatz von 969–1206 MHz. Sprache nutzt zwei Kanäle mit 2.4 kbps (LPC-10) oder 16 kbps (CVSD).

Network Participation Groups und Netzrollen

Eine NPG ist eine vereinbarte Liste von Nachrichten nach Label und Sublabel, die eine Funktion erfüllt; ihre Nachrichten gehen in den dieser NPG zugewiesenen Schlitzen hinaus, und Einheiten abonnieren die NPGs, die ihre Rolle braucht. Die Nummerierung ist genormt; die Schlitzanzahl pro NPG wird für jede Operation festgelegt. Häufig genutzte NPGs:

Neben den NPGs stehen Rollen. Außer der NTR benennt ein Netz Initial Entry JUs für späte Beitretende, eine Netzpositionsreferenz sowie primäre und sekundäre Navigationscontroller für die Relativnavigation und Relais-Einheiten; es unterscheidet zudem C2-Einheiten, die das Lagebild führen (Track-Nummern, Meldeverantwortung, Identifikation), von Nicht-C2-Einheiten wie Kampfflugzeugen, die es überwiegend konsumieren. All das ist im OPTASK LINK und in der NDL fixiert, bevor das erste Terminal ins Netz geht.

Link-16-Terminals: JTIDS, MIDS-LVT und MIDS-JTRS

Eine J-Serien-Nachricht wird erst dann zu Link 16, wenn ein Terminal sie in einem Schlitz plant, codiert, verschlüsselt und sendet. Drei Familien sind relevant:

Zwei Aufrüstungen sind beim Lesen einer Ausrüstungsliste relevant. Die Kryptomodernisierung ersetzt die Legacy-Algorithmen von Link 16 — programmierbare Kryptografie auf MIDS-JTRS, eine Block-Upgrade-2(BU2)-Nachrüstung auf MIDS-LVT. Concurrent Multi-Netting-4 (CMN-4) lässt ein MIDS-JTRS-Terminal vier Nachrichten auf vier Netznummern im selben Zeitschlitz empfangen, und Concurrent Contention Receive dekodiert mehrere Konkurrenzübertragungen in einem Schlitz, sodass ein schiffs- oder bodengestütztes Terminal einen größeren Teil einer Multinetz-Architektur überwacht. Frequency Remapping ermöglicht „gebänderten“ Betrieb frei von anderen Bandnutzern, und für Plattformen, die kein MIDS-Gehäuse aufnehmen können, gibt es Link-16-Funkgeräte in kleineren Formfaktoren. Unser MIDS-Terminal-Leitfaden behandelt die Hardwareentscheidung im Detail.

Reichweite von Link 16, Relais und JREAP

Link 16 ist Sichtverbindungs-Funk. Die Ausbreitungsschutzzeit in jedem Schlitz ist auf 300 Seemeilen ausgelegt, oder 500 sm im erweiterten Reichweitenmodus — nur mit den Formaten Standard und Packed-2 Single Pulse verfügbar. In der Praxis entscheidet zuerst der Horizont: Luftfahrzeuge in der Höhe können die volle Reichweite nutzen, Schiffe und Bodeneinheiten sehen weit weniger. Drei Mechanismen tragen Link 16 weiter:

• Relaisübertragung — ein luft- oder seegestütztes Terminal sendet Nachrichten in separat zugewiesenen Schlitzen erneut. Es bleibt auf der nativen Wellenform, verbraucht aber für jede weitergeleitete Nachricht zusätzliche Schlitze.
• JREAP (MIL-STD-3011 / STANAG 5518) verpackt J-Serien-Nachrichten für andere Medien. JREAP-A nutzt Token Passing mit Anmeldung über Halbduplex-Verbindungen wie UHF-DAMA-SATCOM bis hinunter zu 2,400 bps; JREAP-B ist Punkt-zu-Punkt-Seriell; JREAP-C läuft über IP mit UDP oder TCP und ist die übliche Wahl für C2-Zentralen und Gateways.
• SIMPLE (STANAG 5602) verbindet TDL-Prüfstände und Labore über IP oder serielle Leitungen und verpackt den Host-Schnittstellen-Verkehr so um, dass entfernte Geräte ihn sehen, als käme er von einem Terminal.

Viele C2-Anwendungen berühren die Funkseite überhaupt nicht: Sie empfangen Link 16 als JREAP-C-Verkehr von einem Gateway an einem anderswo angeschlossenen Terminal, und verteiltes Training macht dasselbe mit SISO-STD-002 über DIS und HLA.

Was ein Softwareteam um Link 16 herum baut

J-Serien-Nachrichten bestehen aus 75-Bit-Wörtern: einem Anfangswort — dessen erste Bits die Nachricht identifizieren — gefolgt von Erweiterungs- und optionalen Fortsetzungswörtern; Label und Sublabel ergeben die bekannte „J3.2“-Notation:

J-series initial word, 75 bits (bit 0 = least significant)
bits  0-1   word format      00 initial, 10 extension, 01 continuation
bits  2-6   label            J0 ... J31
bits  7-9   sub-label        .0 ... .7     (J3.2 = label 3, sub-label 2)
bits 10-12  message length   words in the message
bits 13-69  message fields   defined per message in MIL-STD-6016
bits 70-74  parity

Labels gruppieren Nachrichten nach Funktion: J0–J1 Netzverwaltung, J2 PPLI, J3 Überwachung (J3.2 Air Track — Lufttrack, J3.3 Surface Track — Seetrack), J7–J8 Informationsmanagement, J9–J11 Waffenkoordinierung, J12 Führung (J12.0 Mission Assignment — Missionszuweisung), J13 Plattformstatus, J14–J17 EloKa, Bedrohungswarnung, Bildaufklärung und Wetter, J28–J30 nationale Nutzung, J31 Sonstiges. Unsere vollständige Liste der J-Serien-Nachrichten katalogisiert jedes Label, und der Feldleitfaden zur J-Serie behandelt Codec-Fallstricke.

Ein Softwareteam baut selten das Funkgerät. Es baut alles zwischen Terminal und Bediener:

1. Host-Schnittstellenadapter. Lädt Initialisierungsdaten und tauscht J-Wörter mit dem Terminal über MIL-STD-1553 oder Ethernet für die zugewiesenen NPGs und Schlitze aus.
2. J-Serien-Codec. Bitgenaues Codieren und Decodieren nach MIL-STD-6016 — „no statement“-Werte, Reservebits, Fortsetzungswörter — getestet gegen Referenzvektoren. Der Standard ist vertriebsbeschränkt, der Zugang läuft über einen staatlichen Sponsor.
3. Datenverbindungs-Verarbeitung. Track-Nummern, Meldeverantwortung, Korrelation, Identifikation sowie die Sende- und Empfangsregeln, die der Standard auferlegt.
4. Gateway zum C2-System. Übersetzung von J-Serien-Tracks in das Modell eines gemeinsamen operativen Lagebilds und Weiterleitung an JREAP-C, andere Verbindungen oder CoT — die Aufgabe eines Gateways für taktische Datenverbindungen.
5. Testwerkzeuge. SIMPLE- und SISO-STD-002-Stimulatoren, Recorder und Analysatoren, sodass die meiste Prüfung erfolgt, bevor jemand ein echtes Netz bucht.

Grenzen von Link 16 und was es ersetzen wird

• Sichtverbindung. Jenseits von etwa 300 sm (500 sm erweitert) und des Funkhorizonts brauchen Sie Relais-Schlitze oder JREAP.
• Kapazität. 128 Schlitze pro Sekunde und Netz, höchstens ~107.5 kbps J-Serien-Daten im klassischen Packformat — geteilt von allen Teilnehmern. Relais verbraucht Schlitze, dichtes Packen kostet Störschutzreserve, und Bilder oder Video passen kaum hinein.
• Spektrumregeln. Nationale Frequenzzuteilungsabkommen begrenzen Sendeleistung und Impulsdichte als zweizahligen Time Slot Duty Factor (TSDF). Ein TSDF von 100/50 begrenzt alle Terminals in Sichtverbindung auf 396,288 Impulse pro 12-Sekunden-Rahmen (1,536 Schlitze × 258 Impulse), ein einzelnes Terminal auf die Hälfte — und da Packed-4-Schlitze 444 Impulse tragen, deckt das höchstens ~58% der Schlitze in diesem Format ab. Terminals implementieren ein Interference Protection Feature, das die Friedensgrenzen durchsetzt.
• Kosten und Zugang. Terminals sind teuer und exportkontrolliert, Kryptografie erfordert eine nationale Freigabe, der Nachrichtenstandard ist beschränkt, und jedes Netz braucht Planung, Schlüssel und Initialisierungsdaten, bevor es Verkehr trägt.

Was also wird Link 16 ersetzen? Nicht eines, und nicht bald: Der installierte Bestand wird an Ort und Stelle modernisiert (Kryptomodernisierung, Frequency Remapping, CMN-4, Enhanced Throughput), während andere Verbindungen bestimmte Aufgaben übernehmen — Link 22 für Seeaufgaben jenseits der Sichtverbindung, IP-basierte taktische Netze für Verkehr, der nicht in 7.8125-ms-Schlitze passt. Die Roadmap behandeln wir unter was Link 16 ersetzen wird, die Verbindungen vergleichen wir in Link 11 vs Link 16 vs Link 22.