探究雷達信號傳輸的應用和維護

引 言

隨著近年來網絡通信技術的發展，中國民用航空中南地區空中交通管理局采用華為公司的HONET 接入網FA16 型設備，建立了一個以廣州為核心節點，涵蓋中南六省，立足中南輻射全國的FA16 網絡，實現了雷達信息的聯網，為空管調度指揮提供了一個安全高效、靈活多樣的多業務通信專網。

FA16 系統的子速率數據接口板，具有直接將多路低速數據復用成1 路64 Kb/s 信號進行傳輸的功能，可提供五路同步或三路異步子速率數據接口，對于空管調度指揮專網中速率較低的雷達信號能實現良好的支持，因此獲得了廣泛的應用。

本文對子速率數據接口板的日常維護經驗進行總結。

1 常見故障

目前FA16 系統的子速率數據接口板的最主要業務就是雷達信號，根據日常的運行維護中遇到的各種故障情況進行統計發現，影響雷達信號的傳輸質量的因素主要有以下幾種：

（1）雷達源信號質量問題；

（2）FA16 系統的2M 干線質量問題導致子速率數據接口板出現“X.50 協議幀失步”告警，造成雷達信號不穩；

（3）子速率數據接口板硬件故障造成半永久連接中斷，從而造成雷達信號中斷；

（4）雷達自動化處理系統的雷達信號協議轉換器故障。

對上述四種常見的故障情況進行統計和分析的結果表明，影響雷達信號傳輸質量的最常見的故障情況是第二項，即子速率數據接口板出現“X.50 協議幀失步”告警，雷達信號傳輸質量受到影響有90% 以上是由于這一故障造成的。筆者就這一問題與華為公司的工程師進行了溝通，其反饋意見是子速率數據接口板出現“X.50 協議幀失步”告警，主要是由于FA16系統的2M 干線質量問題（PCM 幀失步）所導致。因此，可以說明，造成這一故障的原因有三個，分別為：

（1）FA16 系統的2M 干線的幀失步；

（2）由于2M 干線的幀失步而造成FA16 系統子速率數據接口板的幀失步；

（3）由于FA16 系統子速率數據接口板的幀失步而造成雷達信號不穩。

上述三個原因，分別屬于雷達信號傳輸的不同階段，每個階段的傳輸質量都有各自的最低質量閾值，任何一個階段的傳輸質量如果低于最低質量閾值的話，都會影響雷達信號的傳輸質量。因此，必須分別對這三個原因的最低質量閾值進行研究，以確定三者之間的邏輯關系，并最終找出影響雷達信號傳輸質量的根源。

2 閾值分析

2.1 FA16 系統2M 干線的最低質量閾值

首先考慮FA16 系統2M 干線的幀失步。所謂幀失步，是指在同步狀態時幀頭出現不可糾正的錯誤而造成鏈路失步。由于目前FA16 網絡的干線都是租用電信運營商的2M 鏈路，即都是以SDH 組成的光纖網絡所提供的光纖線路，因此可以從電信運營商的SDH 光纖網絡的層面來考慮幀失步的原因。主要有如下原因：

（1）SDH 網絡的對端未送同步碼，可能是編碼盤不正常；

（2）線路傳輸質量太差，即誤碼率太大；

（3）SDH 網絡的本盤時鐘提取電路的故障或設備時鐘選擇不當；

（4）SDH 網絡的支路盤的故障。

所以，從理論上而言，只要要求電信運營商加強線路質量的保障，就能避免由于所租用的2M 干線的幀失步而影響雷達信號傳輸質量，從而減少雷達信號不穩的故障因素。但是，電信運營商提供的2M 干線，有自己的線路質量標準，而在日常運行維護工作中經常出現，當FA16 系統網管的實時運行信息出現“X.50 協議幀失步”告警時，所租用的電信運營商的2M 干線卻不會產生告警。因此，可以得到以下結論：電信運營商的2M 線路的最低質量閾值高于FA16 系統子速率數據接口板的最低質量閾值，即：

LSRX ≤ L2M

經過對SDH 復接器的幀同步性能進行研究發現，在復接器進入幀失步狀態后，一旦從輸入碼流中檢出n 比特同步碼組，立即進入預同步狀態，并對分接器的定時系統置初始相位，經過隨后α -1幀連續校核。若在該位置上連續檢出同步碼組，進入同步狀態；在同步狀態，若連續β 幀丟失同步碼組，則進入失步狀態，重新開始搜捕過程。幀同步系統的性能主要就是由同步碼組長度n、校核計數長度α 和保護計數長度β 決定的[1].根據文獻[2] 和文獻[3] 的研究結論，衡量幀同步系統性能的兩個重要參數是幀同步平均持續時間和幀失步平均持續時間。幀同步平均持續時間TH 是指從確認同步起到確認失步時刻止的平均時間，其表達式為：

幀失步平均持續時間是指從確認失步到重新獲得同步的平均時間，失幀可以分為偽失幀和真失幀。偽失幀是指系統未發生失幀，由于誤碼使幀同步電路判斷失誤；真失幀是指系統確實發生了幀失步，例如滑動所產生的幀失步。偽失幀的幀失步平均持續時間TLF 和真失幀的幀失步平均持續時間TLT 的表達式如下：

式中，TS 表示STM-N 的幀周期125μs ;L 為幀長度， 對于STM-N為19 440×N比特；在正常運行時，誤碼率為10-3（ 泊松分布），則p1 表示幀定位信號發生錯誤的概率， p1=1 -（1 -10-3）n ; pc 為在某個碼元上出現偽同步碼的概率， pc=（1/2）n.

如前所述，電信運營商的SDH 網絡中，考慮到電路實現的代價，一般采用自己運營成本的最低質量閾值，所以在STM-4 系統的同步方案中，一般選擇α=2,β=4,n=17 的幀同步器[4],代入公式便可得到其幀同步系統的偽失幀的幀失步平均持續時間TLF為3.3×10-4 s,真失幀的幀失步平均持續時間TLT 為6.68×10-4 s,而其幀失步平均持續時間TL=TLF + TLT =9.98×10-4 s.

因此，作為FA16 系統干線的電信運營商的2 M 線路，其最低質量閾值可以通過幀失步平均持續時間TL 來表征。當幀失步平均持續時間超過9.98×10-4 s 時，將導致FA16 系統的2 M傳輸干線中斷，產生PCM告警。在日常的維護過程中，這種由于2 M 線路質量低于最低質量閾值而產生的干線中斷，絕大多數情況是2 M干線的瞬斷，其中斷時間很短，在10 s ~ 1 min之內會自動恢復正常使用，但其很可能導致FA16 系統進行自動保護切換，將傳輸業務和保護協議等相關協議切換到備用的2M干線上傳輸，從而對日常維護工作帶來一定的影響。

2.2 子速率數據接口板和雷達信號比選的最低質量閾值在日常的維護過程中，雷達信號不穩這一故障的另一種表征是：并非每一次子速率數據接口板出現“X.50 協議幀失步”

告警都會造成雷達信號不穩，這兩者之間并沒有明顯的線性邏輯關系。

為了解決這一實際維護中遇到的問題，將子速率數據接口板出現“X.50 協議幀失步”告警和雷達信號不穩這兩者之間的關系理順，并確定兩者之間是否存在合理的邏輯關系。筆者對2008 年10 月26 日至2009 年5 月14 日期間的子速率數據接口板“ X.50 協議幀失步”告警和雷達信號不穩的故障記錄進行了統計，其具體情況如圖1 所示?？梢钥吹?，在統計的這段時間段中，FA16 系統SRX 板幀失步次數和雷達信號不穩情況的比例是2 或者更大（2008 年10 月和2009 年5 月由于不是整個月的數據進行統計，所以其比例稍微偏?。?。通過FA16網絡引接至廣州的雷達信號，是引接到雷達自動化處理系統使用的，而雷達自動化處理系統在使用此雷達信號之前，會根據一定的誤碼門限值進行誤碼判斷，對雷達信號進行比選，然后再送進雷達自動化處理系統中使用。因此，從圖1 所顯示的趨勢來判斷，可以得到以下的結論：雷達自動化處理系統對雷達信號進行比選所使用的誤碼門限值（也就是雷達信號的最低質量閾值）高于FA16 系統子速率數據接口板的最低質量閾值，即：

在與負責維護雷達自動化處理系統的設備部門進行溝通后得到確認，雷達自動化處理系統對雷達信號進行比選的最低質量閾值是幀誤碼率不高于2.5×10-4.由于PCM 數字通信系統均以8 比特組為傳輸單位，子速率數據接口板在接收到發送方的20 個8 比特包絡組成的復用幀并解復用之后，將采用（6+2）封包結構對數據進行封包并傳輸至雷達自動化處理系統進行比選。在組成封包的8 個比特中，任一比特信息的丟失或錯誤都將造成數據幀誤碼，因此，其平均幀誤碼時間：

同時，由于FA16 系統的子速率數據接口板的核心芯片算法屬于華為公司的商業機密，因此暫時無法得知子速率數據接口板對于幀失步的判斷和處理算法。但是，我們可以從理論層面對其進行分析，得到子速率數據接口板的理論最低質量閾值?？梢酝茢?，子速率數據接口板進行幀失步判斷的依據是（6+2）封包結構中的F 比特，所以子速率數據接口板的理論幀失步平均持續時間TSRX 的表達式為：

式中，SSRX 數據速率表示子速率數據接口板的數據傳輸速率，P（F）表示在（6+2）封包結構中F 比特出現的概率。將實際數據代入公式（5），可計算得到子速率數據接口板的理論幀失步平均持續時間TSRX.

2.3 子速率數據接口板傳輸雷達信號的最低質量閾值分析

根據上面的分析，子速率數據接口板傳輸雷達信號時，最主要的故障原因是FA16 系統的2M 干線質量問題導致子速率數據接口板出現“X.50 協議幀失步”告警，從而造成雷達信號不穩。同時，經過對電信運營商的2M 干線的幀失步平均持續時間TL、雷達自動化處理系統對雷達信號比選的平均幀誤碼時間T雷達比選和子速率數據接口板的理論幀失步平均持續時間TSRX 的分析計算，可以得到以下的結論：

這也就是說，在雷達信號傳輸的三個階段中，FA16 系統子速率數據接口板的幀失步這一階段的最低質量閾值最小，但雷達自動化處理系統對雷達信號比選的最低質量閾值決定著雷達信號的根本質量，只有整個雷達信號的傳輸過程都滿足這一質量門限，才能保證雷達信號的傳輸質量。

所以，必須要求電信運營商所提供的FA16 系統的2M干線，其幀失步平均持續時間必須小于雷達自動化處理系統對雷達信號比選的平均幀誤碼時間T雷達比選。但是，經過前文的分析計算，我們得到TL 要遠大于T雷達比選，而這也正是造成我們在日常的值班維護中多次遇到雷達信號不穩但電信運營商的設備管理部門卻反饋2M 鏈路運行正常，沒有任何幀失步告警的不利于確保雷達信號傳輸質量的局面。所以，要從理論上徹底杜絕由于幀失步而影響雷達信號的傳輸質量，在租用FA16 干線時必須對電信運營商提出更高的2M 鏈路質量要求，只有在電信運營商保證其2M 鏈路的幀失步平均持續時間小于T雷達比選=3.125×10-5 s 時，雷達信號的傳輸才能免受任一環節幀失步故障的影響，提高雷達信號傳輸質量的保障力度。

3 結 語

本文對通過子速率數據接口板進行雷達信號傳輸的應用和維護進行了探討，指出了影響雷達信號傳輸質量的最主要的故障情況是子速率數據接口板出現“X.50 協議幀失步”告警，并詳細分析了這一故障情況中雷達信號傳輸的最低質量閾值分析，通過理論計算得到了電信運營商的2M 干線的幀失步平均持續時間TL、雷達自動化處理系統對雷達信號比選的平均幀誤碼時間T雷達比選和子速率數據接口板的理論幀失步平均持續時間TSRX 等雷達信號傳輸過程中的三個不同階段的最低質量閾值。最后得出結論：雷達自動化處理系統對雷達信號比選的最低質量閾值決定著雷達信號的根本質量，只有整個雷達信號的傳輸過程都滿足這一質量門限，才能保證雷達信號的傳輸質量。這一結論對于我們進一步加強對雷達信號傳輸質量的保障力度，提高對雷達信號不穩等故障的處理能力，提供了一定的理論依據和指導作用。（作者：王槐驍）