基于FA16網(wǎng)絡(luò)的雷達(dá)信號傳輸質(zhì)量的研究

　　0 引 言

　　隨著近年來網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，中國民用航空中南地區(qū)空中交通管理局采用華為公司的HONET 接入網(wǎng)FA16 型設(shè)備，建立了一個以廣州為核心節(jié)點，涵蓋中南六省，立足中南輻射全國的FA16 網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了雷達(dá)信息的聯(lián)網(wǎng)，為空管調(diào)度指揮提供了一個安全高效、靈活多樣的多業(yè)務(wù)通信專網(wǎng)。

　　FA16 系統(tǒng)的子速率數(shù)據(jù)接口板，具有直接將多路低速數(shù)據(jù)復(fù)用成1 路64 Kb/s 信號進(jìn)行傳輸?shù)墓δ?，可提供五路同步或三路異步子速率?shù)據(jù)接口，對于空管調(diào)度指揮專網(wǎng)中速率較低的雷達(dá)信號能實現(xiàn)良好的支持，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。

　　本文對子速率數(shù)據(jù)接口板的日常維護(hù)經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)。

　　1 常見故障

　　目前FA16 系統(tǒng)的子速率數(shù)據(jù)接口板的最主要業(yè)務(wù)就是雷達(dá)信號，根據(jù)日常的運(yùn)行維護(hù)中遇到的各種故障情況進(jìn)行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，影響雷達(dá)信號的傳輸質(zhì)量的因素主要有以下幾種：

　?。?）雷達(dá)源信號質(zhì)量問題；

　　（2）FA16 系統(tǒng)的2M 干線質(zhì)量問題導(dǎo)致子速率數(shù)據(jù)接口板出現(xiàn)“X.50 協(xié)議幀失步”告警，造成雷達(dá)信號不穩(wěn)；

　?。?）子速率數(shù)據(jù)接口板硬件故障造成半永久連接中斷，從而造成雷達(dá)信號中斷；

　　（4）雷達(dá)自動化處理系統(tǒng)的雷達(dá)信號協(xié)議轉(zhuǎn)換器故障。

　　對上述四種常見的故障情況進(jìn)行統(tǒng)計和分析的結(jié)果表明，影響雷達(dá)信號傳輸質(zhì)量的最常見的故障情況是第二項，即子速率數(shù)據(jù)接口板出現(xiàn)“X.50 協(xié)議幀失步”告警，雷達(dá)信號傳輸質(zhì)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(jìn)行了溝通，其反饋意見是子速率數(shù)據(jù)接口板出現(xiàn)“X.50 協(xié)議幀失步”告警，主要是由于FA16系統(tǒng)的2M 干線質(zhì)量問題（PCM 幀失步）所導(dǎo)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(tǒng)的2M 干線的幀失步；

　　（2）由于2M 干線的幀失步而造成FA16 系統(tǒng)子速率數(shù)據(jù)接口板的幀失步；

　?。?）由于FA16 系統(tǒng)子速率數(shù)據(jù)接口板的幀失步而造成雷達(dá)信號不穩(wěn)。

　　上述三個原因，分別屬于雷達(dá)信號傳輸?shù)牟煌A段，每個階段的傳輸質(zhì)量都有各自的最低質(zhì)量閾值，任何一個階段的傳輸質(zhì)量如果低于最低質(zhì)量閾值的話，都會影響雷達(dá)信號的傳輸質(zhì)量。因此，必須分別對這三個原因的最低質(zhì)量閾值進(jìn)行研究，以確定三者之間的邏輯關(guān)系，并最終找出影響雷達(dá)信號傳輸質(zhì)量的根源。

　　2 閾值分析

　　2.1 FA16 系統(tǒng)2M 干線的最低質(zhì)量閾值

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

　?。?）SDH 網(wǎng)絡(luò)的對端未送同步碼，可能是編碼盤不正常；

　?。?）線路傳輸質(zhì)量太差，即誤碼率太大；

　?。?）SDH 網(wǎng)絡(luò)的本盤時鐘提取電路的故障或設(shè)備時鐘選擇不當(dāng)；

　?。?）SDH 網(wǎng)絡(luò)的支路盤的故障。

　　所以，從理論上而言，只要要求電信運(yùn)營商加強(qiáng)線路質(zhì)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(dá)信號傳輸質(zhì)量，從而減少雷達(dá)信號不穩(wěn)的故障因素。但是，電信運(yùn)營商提供的2M 干線，有自己的線路質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而在日常運(yùn)行維護(hù)工作中經(jīng)常出現(xiàn)，當(dāng)FA16 系統(tǒng)網(wǎng)管的實時運(yùn)行信息出現(xiàn)“X.50 協(xié)議幀失步”告警時，所租用的電信運(yùn)營商的2M 干線卻不會產(chǎn)生告警。因此，可以得到以下結(jié)論：電信運(yùn)營商的2M 線路的最低質(zhì)量閾值高于FA16 系統(tǒng)子速率數(shù)據(jù)接口板的最低質(zhì)量閾值，即：

　　LSRX ≤ L2M

　　經(jīng)過對SDH 復(fù)接器的幀同步性能進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在復(fù)接器進(jìn)入幀失步狀態(tài)后，一旦從輸入碼流中檢出n 比特同步碼組，立即進(jìn)入預(yù)同步狀態(tài)，并對分接器的定時系統(tǒng)置初始相位，經(jīng)過隨后α -1幀連續(xù)校核。若在該位置上連續(xù)檢出同步碼組，進(jìn)入同步狀態(tài)；在同步狀態(tài)，若連續(xù)β 幀丟失同步碼組，則進(jìn)入失步狀態(tài)，重新開始搜捕過程。幀同步系統(tǒng)的性能主要就是由同步碼組長度n、校核計數(shù)長度α 和保護(hù)計數(shù)長度β 決定的[1].根據(jù)文獻(xiàn)[2] 和文獻(xiàn)[3] 的研究結(jié)論，衡量幀同步系統(tǒng)性能的兩個重要參數(shù)是幀同步平均持續(xù)時間和幀失步平均持續(xù)時間。幀同步平均持續(xù)時間TH 是指從確認(rèn)同步起到確認(rèn)失步時刻止的平均時間，其表達(dá)式為：

　　幀失步平均持續(xù)時間是指從確認(rèn)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(tǒng)未發(fā)生失幀，由于誤碼使幀同步電路判斷失誤；真失幀是指系統(tǒng)確實發(fā)生了幀失步，例如滑動所產(chǎn)生的幀失步。偽失幀的幀失步平均持續(xù)時間TLF 和真失幀的幀失步平均持續(xù)時間TLT 的表達(dá)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(yùn)行時，誤碼率為10-3（ 泊松分布），則p1 表示幀定位信號發(fā)生錯誤的概率， p1=1 -（1 -10-3）n ; pc 為在某個碼元上出現(xiàn)偽同步碼的概率， pc=（1/2）n.

　　如前所述，電信運(yùn)營商的SDH 網(wǎng)絡(luò)中，考慮到電路實現(xiàn)的代價，一般采用自己運(yùn)營成本的最低質(zhì)量閾值，所以在STM-4 系統(tǒng)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(tǒng)的偽失幀的幀失步平均持續(xù)時間TLF為3.3×10-4 s,真失幀的幀失步平均持續(xù)時間TLT 為6.68×10-4 s,而其幀失步平均持續(xù)時間TL=TLF + TLT =9.98×10-4 s.

　　因此，作為FA16 系統(tǒng)干線的電信運(yùn)營商的2 M 線路，其最低質(zhì)量閾值可以通過幀失步平均持續(xù)時間TL 來表征。當(dāng)幀失步平均持續(xù)時間超過9.98×10-4 s 時，將導(dǎo)致FA16 系統(tǒng)的2 M傳輸干線中斷，產(chǎn)生PCM告警。在日常的維護(hù)過程中，這種由于2 M 線路質(zhì)量低于最低質(zhì)量閾值而產(chǎn)生的干線中斷，絕大多數(shù)情況是2 M干線的瞬斷，其中斷時間很短，在10 s ~ 1 min之內(nèi)會自動恢復(fù)正常使用，但其很可能導(dǎo)致FA16 系統(tǒng)進(jìn)行自動保護(hù)切換，將傳輸業(yè)務(wù)和保護(hù)協(xié)議等相關(guān)協(xié)議切換到備用的2M干線上傳輸，從而對日常維護(hù)工作帶來一定的影響。

　　2.2 子速率數(shù)據(jù)接口板和雷達(dá)信號比選的最低質(zhì)量閾值在日常的維護(hù)過程中，雷達(dá)信號不穩(wěn)這一故障的另一種表征是：并非每一次子速率數(shù)據(jù)接口板出現(xiàn)“X.50 協(xié)議幀失步”

　　告警都會造成雷達(dá)信號不穩(wěn)，這兩者之間并沒有明顯的線性邏輯關(guān)系。

　　為了解決這一實際維護(hù)中遇到的問題，將子速率數(shù)據(jù)接口板出現(xiàn)“X.50 協(xié)議幀失步”告警和雷達(dá)信號不穩(wěn)這兩者之間的關(guān)系理順，并確定兩者之間是否存在合理的邏輯關(guān)系。筆者對2008 年10 月26 日至2009 年5 月14 日期間的子速率數(shù)據(jù)接口板“ X.50 協(xié)議幀失步”告警和雷達(dá)信號不穩(wěn)的故障記錄進(jìn)行了統(tǒng)計，其具體情況如圖1 所示。可以看到，在統(tǒng)計的這段時間段中，F(xiàn)A16 系統(tǒng)SRX 板幀失步次數(shù)和雷達(dá)信號不穩(wěn)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(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，所以其比例稍微偏小）。通過FA16網(wǎng)絡(luò)引接至廣州的雷達(dá)信號，是引接到雷達(dá)自動化處理系統(tǒng)使用的，而雷達(dá)自動化處理系統(tǒng)在使用此雷達(dá)信號之前，會根據(jù)一定的誤碼門限值進(jìn)行誤碼判斷，對雷達(dá)信號進(jìn)行比選，然后再送進(jìn)雷達(dá)自動化處理系統(tǒng)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(jié)論：雷達(dá)自動化處理系統(tǒng)對雷達(dá)信號進(jìn)行比選所使用的誤碼門限值（也就是雷達(dá)信號的最低質(zhì)量閾值）高于FA16 系統(tǒng)子速率數(shù)據(jù)接口板的最低質(zhì)量閾值，即：

　　在與負(fù)責(zé)維護(hù)雷達(dá)自動化處理系統(tǒng)的設(shè)備部門進(jìn)行溝通后得到確認(rèn)，雷達(dá)自動化處理系統(tǒng)對雷達(dá)信號進(jìn)行比選的最低質(zhì)量閾值是幀誤碼率不高于2.5×10-4.由于PCM 數(shù)字通信系統(tǒng)均以8 比特組為傳輸單位，子速率數(shù)據(jù)接口板在接收到發(fā)送方的20 個8 比特包絡(luò)組成的復(fù)用幀并解復(fù)用之后，將采用（6+2）封包結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)進(jìn)行封包并傳輸至雷達(dá)自動化處理系統(tǒng)進(jìn)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(shù)據(jù)幀誤碼，因此，其平均幀誤碼時間：

　　同時，由于FA16 系統(tǒng)的子速率數(shù)據(jù)接口板的核心芯片算法屬于華為公司的商業(yè)機(jī)密，因此暫時無法得知子速率數(shù)據(jù)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(jìn)行分析，得到子速率數(shù)據(jù)接口板的理論最低質(zhì)量閾值?？梢酝茢啵铀俾蕯?shù)據(jù)接口板進(jìn)行幀失步判斷的依據(jù)是（6+2）封包結(jié)構(gòu)中的F 比特，所以子速率數(shù)據(jù)接口板的理論幀失步平均持續(xù)時間TSRX 的表達(dá)式為：

　　式中，SSRX 數(shù)據(jù)速率表示子速率數(shù)據(jù)接口板的數(shù)據(jù)傳輸速率，P（F）表示在（6+2）封包結(jié)構(gòu)中F 比特出現(xiàn)的概率。將實際數(shù)據(jù)代入公式（5），可計算得到子速率數(shù)據(jù)接口板的理論幀失步平均持續(xù)時間TSRX.

　　2.3 子速率數(shù)據(jù)接口板傳輸雷達(dá)信號的最低質(zhì)量閾值分析

　　根據(jù)上面的分析，子速率數(shù)據(jù)接口板傳輸雷達(dá)信號時，最主要的故障原因是FA16 系統(tǒng)的2M 干線質(zhì)量問題導(dǎo)致子速率數(shù)據(jù)接口板出現(xiàn)“X.50 協(xié)議幀失步”告警，從而造成雷達(dá)信號不穩(wěn)。同時，經(jīng)過對電信運(yùn)營商的2M 干線的幀失步平均持續(xù)時間TL、雷達(dá)自動化處理系統(tǒng)對雷達(dá)信號比選的平均幀誤碼時間T雷達(dá)比選和子速率數(shù)據(jù)接口板的理論幀失步平均持續(xù)時間TSRX 的分析計算，可以得到以下的結(jié)論：

　　這也就是說，在雷達(dá)信號傳輸?shù)娜齻€階段中，F(xiàn)A16 系統(tǒng)子速率數(shù)據(jù)接口板的幀失步這一階段的最低質(zhì)量閾值最小，但雷達(dá)自動化處理系統(tǒng)對雷達(dá)信號比選的最低質(zhì)量閾值決定著雷達(dá)信號的根本質(zhì)量，只有整個雷達(dá)信號的傳輸過程都滿足這一質(zhì)量門限，才能保證雷達(dá)信號的傳輸質(zhì)量。

　　所以，必須要求電信運(yùn)營商所提供的FA16 系統(tǒng)的2M干線，其幀失步平均持續(xù)時間必須小于雷達(dá)自動化處理系統(tǒng)對雷達(dá)信號比選的平均幀誤碼時間T雷達(dá)比選。但是，經(jīng)過前文的分析計算，我們得到TL 要遠(yuǎn)大于T雷達(dá)比選，而這也正是造成我們在日常的值班維護(hù)中多次遇到雷達(dá)信號不穩(wěn)但電信運(yùn)營商的設(shè)備管理部門卻反饋2M 鏈路運(yùn)行正常，沒有任何幀失步告警的不利于確保雷達(dá)信號傳輸質(zhì)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(dá)信號的傳輸質(zhì)量，在租用FA16 干線時必須對電信運(yùn)營商提出更高的2M 鏈路質(zhì)量要求，只有在電信運(yùn)營商保證其2M 鏈路的幀失步平均持續(xù)時間小于T雷達(dá)比選=3.125×10-5 s 時，雷達(dá)信號的傳輸才能免受任一環(huán)節(jié)幀失步故障的影響，提高雷達(dá)信號傳輸質(zhì)量的保障力度。

　　3 結(jié) 語

　　本文對通過子速率數(shù)據(jù)接口板進(jìn)行雷達(dá)信號傳輸?shù)膽?yīng)用和維護(hù)進(jìn)行了探討，指出了影響雷達(dá)信號傳輸質(zhì)量的最主要的故障情況是子速率數(shù)據(jù)接口板出現(xiàn)“X.50 協(xié)議幀失步”告警，并詳細(xì)分析了這一故障情況中雷達(dá)信號傳輸?shù)淖畹唾|(zhì)量閾值分析，通過理論計算得到了電信運(yùn)營商的2M 干線的幀失步平均持續(xù)時間TL、雷達(dá)自動化處理系統(tǒng)對雷達(dá)信號比選的平均幀誤碼時間T雷達(dá)比選和子速率數(shù)據(jù)接口板的理論幀失步平均持續(xù)時間TSRX 等雷達(dá)信號傳輸過程中的三個不同階段的最低質(zhì)量閾值。最后得出結(jié)論：雷達(dá)自動化處理系統(tǒng)對雷達(dá)信號比選的最低質(zhì)量閾值決定著雷達(dá)信號的根本質(zhì)量，只有整個雷達(dá)信號的傳輸過程都滿足這一質(zhì)量門限，才能保證雷達(dá)信號的傳輸質(zhì)量。這一結(jié)論對于我們進(jìn)一步加強(qiáng)對雷達(dá)信號傳輸質(zhì)量的保障力度，提高對雷達(dá)信號不穩(wěn)等故障的處理能力，提供了一定的理論依據(jù)和指導(dǎo)作用