雷達信號傳輸的時鐘隔離問題研究

陳昀躍

摘要：時鐘沖突問題常常導致雷達信號傳輸出現較高誤碼率導致其無法正常使用，為更好保障空管雷達信號傳輸。以成都區管引接天府一二次雷達信號為例，研究雷達信號傳輸中時鐘沖突產生的原因。得出解決雷達信號在傳輸過程中出現時鐘沖突的常規解決方法。這對快速定位因時鐘問題導致雷達信號在傳輸過程中被引入高誤碼的故障有較高價值，有益于提高雷達管制下空管設備保障人員對雷達信號傳輸的保障力度。

關鍵詞：傳輸;時鐘;雷達信號

引言

隨著我國民用航空的飛速發展，雷達管制早已完全替代程序管制。雷達信號一般來自于空管臺站，因此保障雷達信號穩定可靠高質量的傳輸是實現雷達管制的基礎。 影響雷達信號傳輸的因素較多，包括傳輸鏈路質量、傳輸設備本身等，而作為一種同步串行通信，時鐘也是影響雷達信號傳輸的重要因素，本文從時鐘角度出發研究分析傳輸鏈路上時鐘沖突對雷達信號傳輸的影響及一般解決方法。

1 ?同步通信與時鐘

同步通信指在約定的通信速率下，發送端和接收端的時鐘信號頻率和相位始終保持一致保證了通信雙方在發送和接收數據時具有完全一致的定時關系。由于發送方和接收方采用統一時鐘，所以在傳送數據的同時還要傳送時鐘信號，以便接收方可以用時鐘信號來確定每個信息位[1]。因此，時鐘對同步通信至關重要，空管所涉及的雷達信號傳輸正是屬于同步通信，在這一通信過程中，時鐘信號常決定了雷達信號傳輸質量。

2 ?案例分析

2.1 ?案例描述

成都區管中心引接成都新終端區傳送的天府一二次雷達信號，通過成都新終端區PCM傳輸網完成本次信號引接。具體使用設備為安裝于成都新終端區和成都區管的一對瑞斯康達綜合業務復用平臺。但當天府一二次雷達信號送至成都區管后，技術人員使用HCT7000協議分析儀測試，發現傳輸數據的誤碼率達到10%，在進行雷達信號傳輸的通信系統中要求誤碼率至少在10-3-10-6范圍信號才可用，該數據完全達不到通信系統傳輸誤碼的最低要求，為進一步求證，技術人員將該信號接入自動化系統測試平臺進行測試，發現存在航跡目標丟失、航跡時有時無等現象，確定該路雷達信號不能正常使用。經過初步測試驗證，該路信號在成都新終端區上傳輸設備之前誤碼率為0，可以明確信號送至成都區管后出現的嚴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

雷達信號數據在接入傳輸設備前都正常，在經過傳輸通道后，對端能夠接收數據但誤碼高。在同步通信中，當同步通信系統中時鐘不一致時，通信雙方不能夠按照相同的節拍來進行數據的發送和接收，就會導致接收端能夠收到數據，但數據錯誤率較高。根據同步通信的此特點，考慮以上案例是因傳輸系統定時時鐘問題引起。為進一步探明原因，對上述傳輸過程進行詳細分析。

案例中涉及用于傳輸雷達信號的傳輸系統是一對點對點的瑞斯康達綜合業務復用器，該設備屬于PCM設備，業務端口為DCE，中繼為2M鏈路，單純分析這個簡單的點對點傳輸結構很難找到引起誤碼的原因，于是繼續分析梳理雷達信號在上成都新終端區復用器之前的狀況，天府一二次雷達從臺站端引出后首先通過成都新終端區至臺站的一對復用器引接至成都新終端區，而后接入一臺RAD RSD-10數據分配器主口，該分配器子口再引出雷達信號接入前面提到的成都新終端區至成都區管的瑞斯康達復用器，拓撲如圖1所示。

使用協議分析儀在幾個關鍵點采樣測試，其中雷達頭COM口、數據分配器主口和子口數據都正常無誤碼。根據瑞斯康達復用器的特性，業務端口默認且只能設為DCE內時鐘，雷達頭設置為DTE外時鐘，在第一段傳輸中，雷達源頭發送數據時采用跟隨線路上復用器業務端口提供的時鐘，確保了雷達信號從臺站傳輸至成都新終端區完全正常，在第二段傳輸中也就是產生嚴重誤碼的這段傳輸中，雷達信號送上復用器的這個業務端口依然是DCE內時鐘，因此在此對數據分配器時鐘信號的設置和處理就顯得尤為重要。

2.2.2數據分配器的時鐘處理

目前空管使用較多的雷達數據分配器包括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dte/dce子口通道，既可連接異步設備也可接同步設備，它對系統和數據完全透明。RSD-10從內部產生定時信號或利用來自主通道或子通道1的外部時鐘，因此當其工作在同步模式時，也就是用于傳輸雷達數據時，它的同步工作模式又可以分為內時鐘工作模式、主通道外時鐘工作模式和子通道1外時鐘工作模式，如圖2所示。

1）內時鐘模式設置要求：將RSD-10的內時鐘設置為需要的速率，將連接到RSD-10子通道的DCE設備設置為外時鐘，將連接到主通道的DCE設備設置為外時鐘。

2）主通道外時鐘模式設置要求：將連接到RSD-10主通道的設備設置為內時鐘，將連接到子通道的DCE設備設置為外時鐘。

3）子通道1外時鐘模式設置要求：將RSD-10的時鐘設置為使用子通道1的時鐘模式，將連接到主通道的DCE設備設置為外時鐘，將連接到子通道的DCE設備設置為外時鐘，將連接到子通道1的設備設置為內時鐘[2]。

2.2.3時鐘沖突的產生

結合數據分配器對時鐘信號的處理繼續分析天府一二次雷達經傳輸通道出現高誤碼的原因。

案例中連接分配器主通道的復用器業務口設置為DCE內時鐘，數據分配器子通道連接的復用器業務口同樣設置為DCE內時鐘。當分配器時鐘設置為內時鐘模式時，如圖3所示，在線路段1內，雙方設備均向線路側發送定時時鐘，導致時鐘沖突，在線路段2內，線路兩端設備同樣均向線路側發送定時時鐘，也出現時鐘沖突，導致信號傳輸高誤碼。

當分配器時鐘設置為主通道外時鐘，如圖3，在線路段1內，由復用器發送定時時鐘，數據可從復用器業務端口正常發送至分配器，但在線路段2內，分配器子口已帶有時鐘輸出，對端復用器業務端口為DCE內時鐘，出現時鐘沖突。

當分配器時鐘設置為子通道1外時鐘模式，如圖3，線路段2內復用器需對接子通道1，此時由復用器業務端口發送定時，雷達數據傳輸方向與時鐘方向相反，不會引入高誤碼。在線路段1內，分配器主通道帶入了子通道的時鐘，導致在線路段1內，兩側設備同時向線路側發送定時時鐘，時鐘會出現沖突。

由此分析可得在該傳輸拓撲下，不論哪種時鐘方式，傳輸通道都會出現時鐘沖突導致最后成都區管引接的天府一二次雷達信號不能正常使用。

3 ?解決時鐘沖突問題的常用方法

通過上述案例可見，只有通過合理設置線路兩端設備業務接口的時鐘模式，才能確保在傳輸線路上不會出現時鐘沖突，一旦沖突發生，諸如雷達信號這種同步傳輸通信，會因為發送方和接收方不能按照相同的節拍來收發數據而導致接收方接收信號誤碼率較高，信號無法正常使用。但有時，因為設備本身特性或設置修改成本等原因，比如大多數PCM設備業務端口只支持設置為DCE內時鐘的工作模式，比如雷達站雷達頭COM口可能只支持設置為內時鐘或者只支持設置為外時鐘，又比如調整雷達頭輸出數據時鐘模式對在用生產信號造成較大影響等，都無法通過調整設備的時鐘模式來達到不出現時鐘沖突的目的，這時一般常見的解決辦法是引入時鐘隔離設備，通過它阻隔線路上收發雙方設備發送至線路的時鐘信號，達到時鐘隔離作用，阻止時鐘沖突產生。

常見的時鐘隔離設備是路由器，路由器業務接口可以靈活設置為DET/DCE，既可設置為內時鐘，也可設置為外時鐘，在線路上插入路由器，再根據線路兩側收發數據設備的時鐘工作模式調整路由器兩端接口的時鐘模式以適應數據收發設備的時鐘即可達到隔離沖突的效果。下面如圖4建立一個傳輸模型，將H3C路由器作為時鐘隔離設備加入分配器子口與傳輸設備之間，用以詳細講解如何使用和配置該路由器實現時鐘隔離。

當數據分配器工作在內時鐘或外時鐘模式時，子通道都向外輸出時鐘，這時將時鐘隔離路由器對接分配器子通道的接口設置為外時鐘。時鐘隔離路由器對接PCM設備的接口設置為跟隨線路時鐘，對接TDM網設備的接口也根據線路對端TDM網設備的接口模式做相應設置即可。其關鍵配置截圖如圖5所示。

時鐘隔離路由器中Serial5/0端口對接TDM網設備，Serial5/1端口對接PCM設備。Serial5/1端口的時鐘模式要設置為clock dceclk3，根據華三廠商的設備定義，時鐘模式設置為dceclk3，根據廠商定義，dceclk3為跟隨線路時鐘模式。

4 ?結語

目前民航空管所依賴的監視手段中，雷達是最為通用也是最重要的，雷達信號的傳輸屬于同步通信。在構建這種監視信號的傳輸通道時，根據設備和傳輸鏈路的特性，合理設置設備端口的工作模式，必要時增加時鐘隔離設備，可以有效避免傳輸通道中時鐘沖突的產生，確保雷達等監視數據信號高傳輸，保障空管指揮準確高效。

參考文獻：

[1]石磊，張廣蘭.串行同步通信的應用[J].煤礦機械，2004（5）：67-69.

[2]郭賀.淺談RAD RSD—10功能及在雷達數據復接中的應用[J].民航科技，2011（2）：200-202.