雷達(dá)信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)鐘隔離問題研究

陳昀躍

摘要：時(shí)鐘沖突問題常常導(dǎo)致雷達(dá)信號(hào)傳輸出現(xiàn)較高誤碼率導(dǎo)致其無法正常使用，為更好保障空管雷達(dá)信號(hào)傳輸。以成都區(qū)管引接天府一二次雷達(dá)信號(hào)為例，研究雷達(dá)信號(hào)傳輸中時(shí)鐘沖突產(chǎn)生的原因。得出解決雷達(dá)信號(hào)在傳輸過程中出現(xiàn)時(shí)鐘沖突的常規(guī)解決方法。這對(duì)快速定位因時(shí)鐘問題導(dǎo)致雷達(dá)信號(hào)在傳輸過程中被引入高誤碼的故障有較高價(jià)值，有益于提高雷達(dá)管制下空管設(shè)備保障人員對(duì)雷達(dá)信號(hào)傳輸?shù)谋Ｕ狭Χ取?/p>

關(guān)鍵詞：傳輸;時(shí)鐘;雷達(dá)信號(hào)

引言

隨著我國民用航空的飛速發(fā)展，雷達(dá)管制早已完全替代程序管制。雷達(dá)信號(hào)一般來自于空管臺(tái)站，因此保障雷達(dá)信號(hào)穩(wěn)定可靠高質(zhì)量的傳輸是實(shí)現(xiàn)雷達(dá)管制的基礎(chǔ)。 影響雷達(dá)信號(hào)傳輸?shù)囊蛩剌^多，包括傳輸鏈路質(zhì)量、傳輸設(shè)備本身等，而作為一種同步串行通信，時(shí)鐘也是影響雷達(dá)信號(hào)傳輸?shù)闹匾蛩?，本文從時(shí)鐘角度出發(fā)研究分析傳輸鏈路上時(shí)鐘沖突對(duì)雷達(dá)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懠耙话憬鉀Q方法。

1 ?同步通信與時(shí)鐘

同步通信指在約定的通信速率下，發(fā)送端和接收端的時(shí)鐘信號(hào)頻率和相位始終保持一致保證了通信雙方在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)具有完全一致的定時(shí)關(guān)系。由于發(fā)送方和接收方采用統(tǒng)一時(shí)鐘，所以在傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)還要傳送時(shí)鐘信號(hào)，以便接收方可以用時(shí)鐘信號(hào)來確定每個(gè)信息位[1]。因此，時(shí)鐘對(duì)同步通信至關(guān)重要，空管所涉及的雷達(dá)信號(hào)傳輸正是屬于同步通信，在這一通信過程中，時(shí)鐘信號(hào)常決定了雷達(dá)信號(hào)傳輸質(zhì)量。

2 ?案例分析

2.1 ?案例描述

成都區(qū)管中心引接成都新終端區(qū)傳送的天府一二次雷達(dá)信號(hào)，通過成都新終端區(qū)PCM傳輸網(wǎng)完成本次信號(hào)引接。具體使用設(shè)備為安裝于成都新終端區(qū)和成都區(qū)管的一對(duì)瑞斯康達(dá)綜合業(yè)務(wù)復(fù)用平臺(tái)。但當(dāng)天府一二次雷達(dá)信號(hào)送至成都區(qū)管后，技術(shù)人員使用HCT7000協(xié)議分析儀測(cè)試，發(fā)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的誤碼率達(dá)到10%，在進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)中要求誤碼率至少在10-3-10-6范圍信號(hào)才可用，該數(shù)據(jù)完全達(dá)不到通信系統(tǒng)傳輸誤碼的最低要求，為進(jìn)一步求證，技術(shù)人員將該信號(hào)接入自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)存在航跡目標(biāo)丟失、航跡時(shí)有時(shí)無等現(xiàn)象，確定該路雷達(dá)信號(hào)不能正常使用。經(jīng)過初步測(cè)試驗(yàn)證，該路信號(hào)在成都新終端區(qū)上傳輸設(shè)備之前誤碼率為0，可以明確信號(hào)送至成都區(qū)管后出現(xiàn)的嚴(yán)重誤碼是由傳輸通道帶入的。

2.2 ?故障分析

2.2.1傳輸過程分析

雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)在接入傳輸設(shè)備前都正常，在經(jīng)過傳輸通道后，對(duì)端能夠接收數(shù)據(jù)但誤碼高。在同步通信中，當(dāng)同步通信系統(tǒng)中時(shí)鐘不一致時(shí)，通信雙方不能夠按照相同的節(jié)拍來進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，就會(huì)導(dǎo)致接收端能夠收到數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率較高。根據(jù)同步通信的此特點(diǎn)，考慮以上案例是因傳輸系統(tǒng)定時(shí)時(shí)鐘問題引起。為進(jìn)一步探明原因，對(duì)上述傳輸過程進(jìn)行詳細(xì)分析。

案例中涉及用于傳輸雷達(dá)信號(hào)的傳輸系統(tǒng)是一對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的瑞斯康達(dá)綜合業(yè)務(wù)復(fù)用器，該設(shè)備屬于PCM設(shè)備，業(yè)務(wù)端口為DCE，中繼為2M鏈路，單純分析這個(gè)簡單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸結(jié)構(gòu)很難找到引起誤碼的原因，于是繼續(xù)分析梳理雷達(dá)信號(hào)在上成都新終端區(qū)復(fù)用器之前的狀況，天府一二次雷達(dá)從臺(tái)站端引出后首先通過成都新終端區(qū)至臺(tái)站的一對(duì)復(fù)用器引接至成都新終端區(qū)，而后接入一臺(tái)RAD RSD-10數(shù)據(jù)分配器主口，該分配器子口再引出雷達(dá)信號(hào)接入前面提到的成都新終端區(qū)至成都區(qū)管的瑞斯康達(dá)復(fù)用器，拓?fù)淙鐖D1所示。

使用協(xié)議分析儀在幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)采樣測(cè)試，其中雷達(dá)頭COM口、數(shù)據(jù)分配器主口和子口數(shù)據(jù)都正常無誤碼。根據(jù)瑞斯康達(dá)復(fù)用器的特性，業(yè)務(wù)端口默認(rèn)且只能設(shè)為DCE內(nèi)時(shí)鐘，雷達(dá)頭設(shè)置為DTE外時(shí)鐘，在第一段傳輸中，雷達(dá)源頭發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)采用跟隨線路上復(fù)用器業(yè)務(wù)端口提供的時(shí)鐘，確保了雷達(dá)信號(hào)從臺(tái)站傳輸至成都新終端區(qū)完全正常，在第二段傳輸中也就是產(chǎn)生嚴(yán)重誤碼的這段傳輸中，雷達(dá)信號(hào)送上復(fù)用器的這個(gè)業(yè)務(wù)端口依然是DCE內(nèi)時(shí)鐘，因此在此對(duì)數(shù)據(jù)分配器時(shí)鐘信號(hào)的設(shè)置和處理就顯得尤為重要。

2.2.2數(shù)據(jù)分配器的時(shí)鐘處理

目前空管使用較多的雷達(dá)數(shù)據(jù)分配器包括RAD RSD-10和BLACK BOX等，在上述案例中所使用的即為RAD RSD-10，支持8個(gè)dte/dce子口通道，既可連接異步設(shè)備也可接同步設(shè)備，它對(duì)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)完全透明。RSD-10從內(nèi)部產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)或利用來自主通道或子通道1的外部時(shí)鐘，因此當(dāng)其工作在同步模式時(shí)，也就是用于傳輸雷達(dá)數(shù)據(jù)時(shí)，它的同步工作模式又可以分為內(nèi)時(shí)鐘工作模式、主通道外時(shí)鐘工作模式和子通道1外時(shí)鐘工作模式，如圖2所示。

1）內(nèi)時(shí)鐘模式設(shè)置要求：將RSD-10的內(nèi)時(shí)鐘設(shè)置為需要的速率，將連接到RSD-10子通道的DCE設(shè)備設(shè)置為外時(shí)鐘，將連接到主通道的DCE設(shè)備設(shè)置為外時(shí)鐘。

2）主通道外時(shí)鐘模式設(shè)置要求：將連接到RSD-10主通道的設(shè)備設(shè)置為內(nèi)時(shí)鐘，將連接到子通道的DCE設(shè)備設(shè)置為外時(shí)鐘。

3）子通道1外時(shí)鐘模式設(shè)置要求：將RSD-10的時(shí)鐘設(shè)置為使用子通道1的時(shí)鐘模式，將連接到主通道的DCE設(shè)備設(shè)置為外時(shí)鐘，將連接到子通道的DCE設(shè)備設(shè)置為外時(shí)鐘，將連接到子通道1的設(shè)備設(shè)置為內(nèi)時(shí)鐘[2]。

2.2.3時(shí)鐘沖突的產(chǎn)生

結(jié)合數(shù)據(jù)分配器對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的處理繼續(xù)分析天府一二次雷達(dá)經(jīng)傳輸通道出現(xiàn)高誤碼的原因。

案例中連接分配器主通道的復(fù)用器業(yè)務(wù)口設(shè)置為DCE內(nèi)時(shí)鐘，數(shù)據(jù)分配器子通道連接的復(fù)用器業(yè)務(wù)口同樣設(shè)置為DCE內(nèi)時(shí)鐘。當(dāng)分配器時(shí)鐘設(shè)置為內(nèi)時(shí)鐘模式時(shí)，如圖3所示，在線路段1內(nèi)，雙方設(shè)備均向線路側(cè)發(fā)送定時(shí)時(shí)鐘，導(dǎo)致時(shí)鐘沖突，在線路段2內(nèi)，線路兩端設(shè)備同樣均向線路側(cè)發(fā)送定時(shí)時(shí)鐘，也出現(xiàn)時(shí)鐘沖突，導(dǎo)致信號(hào)傳輸高誤碼。

當(dāng)分配器時(shí)鐘設(shè)置為主通道外時(shí)鐘，如圖3，在線路段1內(nèi)，由復(fù)用器發(fā)送定時(shí)時(shí)鐘，數(shù)據(jù)可從復(fù)用器業(yè)務(wù)端口正常發(fā)送至分配器，但在線路段2內(nèi)，分配器子口已帶有時(shí)鐘輸出，對(duì)端復(fù)用器業(yè)務(wù)端口為DCE內(nèi)時(shí)鐘，出現(xiàn)時(shí)鐘沖突。

當(dāng)分配器時(shí)鐘設(shè)置為子通道1外時(shí)鐘模式，如圖3，線路段2內(nèi)復(fù)用器需對(duì)接子通道1，此時(shí)由復(fù)用器業(yè)務(wù)端口發(fā)送定時(shí)，雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸方向與時(shí)鐘方向相反，不會(huì)引入高誤碼。在線路段1內(nèi)，分配器主通道帶入了子通道的時(shí)鐘，導(dǎo)致在線路段1內(nèi)，兩側(cè)設(shè)備同時(shí)向線路側(cè)發(fā)送定時(shí)時(shí)鐘，時(shí)鐘會(huì)出現(xiàn)沖突。

由此分析可得在該傳輸拓?fù)湎拢徽撃姆N時(shí)鐘方式，傳輸通道都會(huì)出現(xiàn)時(shí)鐘沖突導(dǎo)致最后成都區(qū)管引接的天府一二次雷達(dá)信號(hào)不能正常使用。

3 ?解決時(shí)鐘沖突問題的常用方法

通過上述案例可見，只有通過合理設(shè)置線路兩端設(shè)備業(yè)務(wù)接口的時(shí)鐘模式，才能確保在傳輸線路上不會(huì)出現(xiàn)時(shí)鐘沖突，一旦沖突發(fā)生，諸如雷達(dá)信號(hào)這種同步傳輸通信，會(huì)因?yàn)榘l(fā)送方和接收方不能按照相同的節(jié)拍來收發(fā)數(shù)據(jù)而導(dǎo)致接收方接收信號(hào)誤碼率較高，信號(hào)無法正常使用。但有時(shí)，因?yàn)樵O(shè)備本身特性或設(shè)置修改成本等原因，比如大多數(shù)PCM設(shè)備業(yè)務(wù)端口只支持設(shè)置為DCE內(nèi)時(shí)鐘的工作模式，比如雷達(dá)站雷達(dá)頭COM口可能只支持設(shè)置為內(nèi)時(shí)鐘或者只支持設(shè)置為外時(shí)鐘，又比如調(diào)整雷達(dá)頭輸出數(shù)據(jù)時(shí)鐘模式對(duì)在用生產(chǎn)信號(hào)造成較大影響等，都無法通過調(diào)整設(shè)備的時(shí)鐘模式來達(dá)到不出現(xiàn)時(shí)鐘沖突的目的，這時(shí)一般常見的解決辦法是引入時(shí)鐘隔離設(shè)備，通過它阻隔線路上收發(fā)雙方設(shè)備發(fā)送至線路的時(shí)鐘信號(hào)，達(dá)到時(shí)鐘隔離作用，阻止時(shí)鐘沖突產(chǎn)生。

常見的時(shí)鐘隔離設(shè)備是路由器，路由器業(yè)務(wù)接口可以靈活設(shè)置為DET/DCE，既可設(shè)置為內(nèi)時(shí)鐘，也可設(shè)置為外時(shí)鐘，在線路上插入路由器，再根據(jù)線路兩側(cè)收發(fā)數(shù)據(jù)設(shè)備的時(shí)鐘工作模式調(diào)整路由器兩端接口的時(shí)鐘模式以適應(yīng)數(shù)據(jù)收發(fā)設(shè)備的時(shí)鐘即可達(dá)到隔離沖突的效果。下面如圖4建立一個(gè)傳輸模型，將H3C路由器作為時(shí)鐘隔離設(shè)備加入分配器子口與傳輸設(shè)備之間，用以詳細(xì)講解如何使用和配置該路由器實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘隔離。

當(dāng)數(shù)據(jù)分配器工作在內(nèi)時(shí)鐘或外時(shí)鐘模式時(shí)，子通道都向外輸出時(shí)鐘，這時(shí)將時(shí)鐘隔離路由器對(duì)接分配器子通道的接口設(shè)置為外時(shí)鐘。時(shí)鐘隔離路由器對(duì)接PCM設(shè)備的接口設(shè)置為跟隨線路時(shí)鐘，對(duì)接TDM網(wǎng)設(shè)備的接口也根據(jù)線路對(duì)端TDM網(wǎng)設(shè)備的接口模式做相應(yīng)設(shè)置即可。其關(guān)鍵配置截圖如圖5所示。

時(shí)鐘隔離路由器中Serial5/0端口對(duì)接TDM網(wǎng)設(shè)備，Serial5/1端口對(duì)接PCM設(shè)備。Serial5/1端口的時(shí)鐘模式要設(shè)置為clock dceclk3，根據(jù)華三廠商的設(shè)備定義，時(shí)鐘模式設(shè)置為dceclk3，根據(jù)廠商定義，dceclk3為跟隨線路時(shí)鐘模式。

4 ?結(jié)語

目前民航空管所依賴的監(jiān)視手段中，雷達(dá)是最為通用也是最重要的，雷達(dá)信號(hào)的傳輸屬于同步通信。在構(gòu)建這種監(jiān)視信號(hào)的傳輸通道時(shí)，根據(jù)設(shè)備和傳輸鏈路的特性，合理設(shè)置設(shè)備端口的工作模式，必要時(shí)增加時(shí)鐘隔離設(shè)備，可以有效避免傳輸通道中時(shí)鐘沖突的產(chǎn)生，確保雷達(dá)等監(jiān)視數(shù)據(jù)信號(hào)高傳輸，保障空管指揮準(zhǔn)確高效。

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