探究雷达信号传输的应用和维护教案_探究雷达信号传输的应用和维护

引用

随着近年来网络通信技术的发展，中国民航中南空管局采用华为HONET接入网FA16设备，建立了以广州为核心节点，覆盖中南六省，中南辐射全国的FA16网络，实现了雷达信息的网络化，为空管调度指挥提供了安全、高效、灵活的多业务通信专网。

FA16系统的子速率数据接口板具有将多路低速数据直接复用成一路64 Kb/s信号进行传输的功能，可以提供五路同步或三路异步子速率数据接口，在空管调度和指挥专网中可以很好地支持低速率的雷达信号，因此得到了广泛的应用。

本文总结了子速率数据接口板的日常维护经验。

1常见故障

目前FA16系统的子速率数据接口板的主要业务是雷达信号。根据对日常运维中遇到的各种故障的统计，发现影响雷达信号传输质量的因素主要有以下几点：

(1)雷达源的信号质量；

(2)2)FA16系统2M干线质量问题导致子速率数据接口板上“X.50协议帧失步”告警，导致雷达信号不稳定；

(3)子速率数据接口板硬件故障导致半永久连接中断，从而导致雷达信号中断；

(4)雷达自动处理系统的雷达信号协议转换器失效。

对以上四种常见故障的统计和分析表明，影响雷达信号传输质量最常见的故障是第二种，即子速率数据接口板有“X.50协议帧失步”告警，雷达信号传输质量90%以上受此故障影响。笔者就此问题与华为的工程师进行了沟通，反馈的情况是子速率数据接口板显示“X.50协议帧失步”告警，主要是FA16系统2M干线(PCM帧失步)质量问题造成的。因此，可以解释为这种失败有三个原因，即：

(1)1)FA16系统2M干线帧不同步；

(FA16系统子速率数据接口板的帧同步是由2M干线的帧同步引起的；

(FA16系统子速率数据接口板框架不同步，导致雷达信号不稳定。

以上三个原因属于雷达信号传输的不同阶段，每个阶段的传输质量都有自己的最低质量阈值。如果任何一级的传输质量低于最低质量门限，都会影响雷达信号的传输质量。因此，有必要分别研究这三种原因的最低质量门限，以确定它们之间的逻辑关系，最终找出影响雷达信号传输质量的根本原因。

2阈值分析

2.1 FA16系统2M干线最低质量阈值

首先，考虑FA16系统2M干线的帧失步。所谓帧失步是指同步过程中帧头出现不可纠正的错误导致的链路失步。目前FA16网络的干线都是电信运营商租用的2M链路，也就是SDH组成的光纤网络提供的光纤线路，所以帧失步的原因可以从电信运营商SDH光纤网络的角度来考虑。主要有以下原因：

(1)1)SDH网络的对端没有发送同步码，可能是编码盘不正常；

(2)线路传输质量太差，即误码率太高；

(3)SDH网络本地时钟提取电路故障或设备时钟选择不当；

(4)SDH网络的分支盘故障。

因此，理论上，只要要求电信运营商加强线路质量的保障，就可以避免租用2M干线的失步帧影响雷达信号的传输质量，从而减少雷达信号不稳定的故障因素。但是，电信运营商提供的2M干线有自己的线路质量标准，在日常运维中经常出现。FA16系统网管实时运行信息中出现“X.50协议帧失步”告警时，电信运营商租用的2M中继线不会产生告警。因此，我们可以得出以下结论：电信运营商2M线的最低质量门限高于FA16系统的子速率数据接口板，即：

LSRX L2M

研究SDH复用器的帧同步性能后发现，复用器进入帧失步状态后，一旦从输入码流中检测到N比特同步码组，就立即进入预同步状态，并设置解复用器定时系统的初始相位，然后连续检查 -1帧。如果在该位置连续检测到同步代码组，则进入同步状态；在同步状态下，如果同步码组在连续的beta帧中丢失，将进入失步状态，重新开始搜索过程。帧同步系统的性能主要由同步码组长度n、校验计数长度和保护计数长度决定[1]。根据文献[2]和[3]的研究结论，衡量帧同步系统性能的两个重要参数是帧同步的平均持续时间和帧同步的平均持续时间。帧同步的平均持续时间TH是指从确认同步到确认失步的平均时间，其表达式为：

帧失步的平均持续时间是指从确认失步到重新获得同步的平均时间。丢帧可以分为假丢帧和真丢帧。假丢帧是指系统没有丢帧，帧同步电路因误码而误判；真丢帧是指系统确实存在帧失步的情况，比如滑动导致的帧失步。伪丢帧的平均失步持续时间TLF和真丢帧的平均失步持续时间TLT的表达式如下：

其中TS代表125s的STM-N的帧周期；l是帧长，对于STM-N是19440N比特；正常工作时，误码率为10-3(泊松分布)时，p1代表帧定位信号出错的概率，P1=1-(1-10-3)n；Pc是伪同步码出现在某个符号上的概率，pc=(1/2)n .

如上所述，在电信运营商的SDH网络中，考虑到电路实现的成本，一般采用自身运营成本的最低质量门限。因此，在STM-4系统的同步方案中，一般选择=2，=4，n=17的帧同步器[4]，其帧同步系统TLF的帧同步平均持续时间为3.310-4 s，帧失步TLT的平均持续时间为6.6810-4 s，而帧失步的平均持续时间TL=tlftlt=9.98 10-4 s .

因此，作为FA16系统主干的电信运营商2 M线路的最低质量门限可以用帧失步的平均持续时间TL来表征。当帧失步平均持续时间超过9.9810-4 s时，FA16系统的2 M传输中继将中断，产生PCM告警。在日常维护过程中，这种由2 M线路质量引起的中继中断是低于最低质量阈值的。大部分情况是2 M干线瞬间中断，其中断时间很短，10 s ~ 1 min内会自动恢复正常使用。但很可能导致FA16系统自动保护倒换，将传输业务、保护协议等相关协议切换到备用2M干线，对日常维护造成一定影响。

2.2子速率数据接口板与雷达信号比较的最低质量阈值在日常维护过程中，不稳定雷达信号故障的另一个标志是，子速率数据接口板上并不是每次都出现“X.50协议帧失步”。

警告会造成雷达信号不稳定，两者之间没有明显的线性逻辑关系

为了解决这一实际维护问题，理顺了子速率数据接口板上“X.50协议帧失步”告警与雷达信号不稳定之间的关系，确定了它们之间是否存在合理的逻辑关系。从2008年10月26日到2009年5月14日，笔者统计了子速率数据接口板“X.50协议帧失步”告警和雷达信号不稳定的故障记录，具体情况如图1所示。可以看出，在统计期内，FA16系统失步SRX板帧数与不稳定雷达信号的比值在2以上(2008年10月和2009年5月由于没有统计全月数据，比值略小)。通过FA16网络接入广州的雷达信号接入雷达自动处理系统使用。在使用这个雷达信号之前，雷达自动处理系统会根据一定的误码门限来判断误码，比较选择雷达信号，然后发送给雷达自动处理系统使用。因此，从图1所示的趋势来看，我们可以得出以下结论：雷达自动处理系统用于雷达信号比较和选择的误差门限(即雷达信号的最低质量门限)高于FA16系统子速率数据接口板的最低质量门限，即：

经与负责维护雷达自动处理系统的设备部门沟通，确认雷达自动处理系统对雷达信号比对的最低质量阈值为误帧率不高于2.510-4。由于PCM数字通信系统都是以8比特组为传输单位，所以子速率数据接口板在接收到发送端20个由8比特包络组成的复用帧并解复用后，会采用(6 ^ 2)包结构对数据进行封装，传输给雷达自动处理系统进行比较选择。在组成数据包的8位中，任何一位信息的丢失或错误都会造成数据帧错误，所以平均帧错误时间为：

同时，由于FA16系统子速率数据接口板的核心芯片算法属于华为商业机密，暂时无法得知子速率数据接口板对于帧失步的判断和处理算法。但是，我们可以从理论上进行分析，得到子速率数据接口板的理论最小质量阈值。根据(6.2)分组结构中的f位可以推断出子速率数据接口板判断帧失步，因此子速率数据接口板的理论帧失步平均持续时间TSRX的表达式为：

其中SSRX数据速率表示子速率数据接口板的数据传输速率，P(F)表示F比特出现在(6 ^ 2)包结构中的概率。将实际数据代入等式(5)，可以计算出子速率数据接口板的理论帧失步平均持续时间TSRX。

2.3子速率数据接口板传输雷达信号的最低质量门限分析

根据以上分析，子速率数据接口板传输雷达信号时，主要故障原因是FA16系统2M trunk质量问题导致子速率数据接口板上出现“X.50协议帧失步”告警，导致雷达信号不稳定。同时，通过对电信运营商2M干线的平均帧失步时长TL、雷达自动处理系统对雷达信号比对选择的平均帧误差时间T、子速率数据接口板的理论帧失步平均时长TSRX的分析计算，可以得出以下结论：

也就是说，在雷达信号传输的三个阶段中，FA16系统的子速率数据接口板的最低质量门限最小，但雷达自动处理系统对雷达信号比对的最低质量门限决定了雷达信号的根本质量。只有雷达信号的整个传输过程满足这个质量阈值，雷达信号的传输质量才能得到保证。

因此，必须要求电信运营商提供的FA16系统的2M中继线，帧失步的平均持续时间必须小于雷达自动处理系统对雷达信号比对选择的平均误帧时间。但经过以上分析计算，我们得到TL远大于T雷达选择，这恰恰是我们在日常值班维护中多次遇到雷达信号不稳定，但电信运营商设备管理部门反馈2M链路运行正常，不存在帧失步告警，不利于保证雷达信号传输质量的情况。因此，理论上要彻底消除帧失步对雷达信号传输质量的影响，就需要电信运营商在租用FA16干线时，对2M链路的质量提出更高的要求。只有电信运营商保证其2M链路的帧失步平均持续时间小于T-雷达比选=3.12510-5 s，雷达信号的传输才能不受任何链路帧失步故障的影响，提高雷达信号传输质量的保障。

3结论

讨论了通过子速率数据接口板传输雷达信号的应用和维护，指出影响雷达信号传输质量的最主要故障是子速率数据接口板有“X.50协议帧失步”告警，并详细分析了这种故障情况下雷达信号传输的最低质量门限分析。通过理论计算，得到了雷达信号传输过程中三个不同阶段的最低质量门限，如电信运营商2M中继线的平均帧失步时长TL、雷达自动处理系统对雷达信号比较选择的平均帧误差时间T、子速率数据接口板的理论帧失步平均时长TSRX。最后得出结论：雷达自动处理系统对雷达信号比对的最低质量门限决定了雷达信号的根本质量，只有雷达信号的整个传输过程满足这个质量门限，才能保证雷达信号的传输质量。这一结论为我们进一步加强雷达信号传输质量的保障，提高应对雷达信号不稳定等故障的能力提供了一定的理论依据和指导。(作者：肖)