5 May 2017

STANAG-4538 HDL+, BW7 QAM-16 waveform

- Burst Waveform 6 (BW6) is used to convey the HDLP_DHDR, HDLP_ACK, and HDLP_EOT PDUs of the HDL+ data link protocol, and to convey PDUs of the FLSU and FTM protocols on a packet link established for delivery of data traffic using HDL+ (note the Link terminate PDU that is conveyed by a BW6 burst). BW6 PDUs bursts have 51 bits of payload, an on-air duration of 386.67 ms, and are transmitted using a PSK-8 modulation.
- Burst Waveform 7 (BW7) is used for transfers of traffic data by the HDL+ protocol. The HDL+ protocol combines high data rate waveforms similar to those of STANAG 4539 or MIL-STD-188-110C Appendix C with incremental redundancy techniques. 

- La burst waveform 6 (BW6) viene utilizzata per trasmettere le PDU HDLP_DHDR, HDLP_ACKe HDLP_EOT del protocollo HDL+ e per trasmettere le PDU dei protocolli FLSU e FTM su link che utilizzano HDL+ (notare che la PDU che termina il link viene infatti trasmessa da un burst BW6 e non da un bust BW5 come avviene nel caso di link che utilizzano HDL e LDL). Le PDU BW6 dispongono di 51 bit di carico utile (payload), una durata in aria di 386,67 msec e vengono trasmesse usando una modulazione PSK-8.
- La burst waveform 7 (BW7) è invece utilizzata dal protocollo HDL+ per il trasferimento dei dati. Per BW7, il protocollo HDL+ combina forme d'onda simili a quelle specificate da STANAG 4539 o MIL-STD-188-110C Appendice C, ma con differenti tecniche di ridondanza incrementale.

Given the variable lengths and modulation formats of HDL+ data, it's necessary to include a header at the beginning of each BW7 PDU (which was unnecessary in LDL and HDL) that announces the number of packets and modulation format of the following payload section of the transmission (HDLP_Data PDU). For this header, the HDL+ uses a BW6 PDU (HDLP_DHDR PDU). 
Since BW6 symbols are modulated using a PSK-8 constellation, the structure composed of BW6-BW7 PDUs
will be clearly visible in those cases where BW7 use a different constellation for its symbols, such as QAM-16 or QAM-64 (BPSK and QPSK are scrambled to appear on-air as a PSK-8 constellation). 

Date le lunghezze variabili e i diversi formati di modulazione dei dati HDL +, è necessario includere una "intestazione" (header) all'inizio di ogni PDU BW7 (che non era necessaria in LDL e HDL) che annuncia il numero di pacchetti e il formato di modulazione della seguente sezione dati della trasmissione (PDU HDLP_Data). Per questa intestazione, HDL+ utilizza una PDU BW6 (PDU HDLP_DHDR). Poiché i simboli di BW6 sono modulati usando una costellazione PSK-8, la struttura composta dalle PDU BW6-BW7 sarà chiaramente visibile nei casi in cui BW7 utilizza una costellazione diversa per la modulazione dei suoi simboli, come ad esempio QAM-16 o QAM-64 (BPSK e QPSK vengono sottoposti a scrambler per apparire in-aria come simboli PSK-8).

Just yesterday, I copied a such HDL+ data transfer on 11132.0 KHz/USB. As displayed in Figure 1, the 8th power harmonics are present for all the duration of the BW5 and BW6bursts, but only in the initial segments of the BW7 bursts, ie in the BW6 PDUs that work as headers. The HDLP_DATA PDUs are instead modulated using a QAM-16 constellation (12 points in the outer ring, 4 in the inner ring).

Proprio ieri, ho copiato una simile trasmissione HDL+ su 11132.0 KHz/USB. Come mostrato in Figura 1, le armoniche di ottavo grado (segno di una modulazione PSK-8) sono presenti per tutta la durata dei bursts BW5 e BW6, ma solo nei segmenti iniziali dei bursts BW7, cioè nelle PDU BW6 che fungono come intestazione. Le PDU dati (HDLP_DATA) sono invece modulate usando una costellazione QAM-16 (12 punti nell'anello esterno, 4 nell'anello interno).

Fig. 1

For what concerns the analysis of the BW7 waveform, no initial synchronization preamble is required since this role is filled by the BW6 HDLP_DHDR PDU. Instead, an initial probe sequence containing two repetitions of a 32-symbol Frank-Heimiller sequence (a total of 64 known symbols) is transmitted.
The following section is used to convey between one and fifteen (inclusive) packets. Each packet is composed of a sequence of unknown/known (“UK”) frames. Each UK frame contains a data block, a sequence of 256 unknown symbols modulated with payload data, followed by a 32-symbol mini-probe. The number of UK frames used to convey each data packet depends on the signal constellation, the code rate, and the payload size.

Per quanto riguarda l'analisi della forma d'onda BW7, non è richiesto alcun preambolo iniziale di sincronizzazione poiché questo ruolo viene svolto dalla PDU BW6 HDLP_DHDR. Invece, viene trasmessa una sequenza iniziale (probe) contenente due ripetizioni di una sequenza Frank-Heimiller a 32 simboli (per un totale di 64 simboli noti). La seguente sezione di viene utilizzata per trasmettere tra uno e quindici pacchetti. Ogni pacchetto è composto da una sequenza di frame sconosciuti/noti (Unknown/known, "UK"). Ogni frame UK contiene un blocco dati, una sequenza di 256 simboli con i dati di payload (sconosciuti), seguito da un mini-probe a 32 simboli (noti). Il numero di frames UK utilizzati per trasmettere ogni pacchetto di dati dipende dalla costellazione del segnale, dalla velocità di codifica e dalla dimensione del payload che deve essere trasmesso.

Fig. 2
Fig. 3
Other than the recording of the transmission, a short video (from my YouTube channel) that illutrates the analysis with SA  is also available.


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