利用民航Ku衛星網建立雷達信號傳輸鏈路

劉 亮，朱道麗

（民航山西空管分局技術保障部通信網絡室，山西 太原 030031）

隨著民航通信業務的不斷增長，民航C波段衛星網無論在資源還是在系統容量等方面都不能滿足實際使用和發展的需要，具體表現在以下3個方面：系統頻率資源已趨于飽和；業務接入能力有限，接口比較單一；系統信道傳輸速率低，只能提供64 kbps以下的數據傳輸，重要部件老化。近年來，為提高民航衛星通信網的可靠性，增加傳輸能力，民航Ku波段衛星的建設成為民航衛星通信網的發展重點。一方面要逐步將現有C網業務轉至Ku網，另一方面要建設高速衛星電路，從而實現以租用電信運營商電路和自建衛星電路等為傳輸層、以ATM和幀中繼網絡為交換層、以信息化平臺為應用層的綜合性通信網絡。隨著新的測量方法和調試手段的不斷掌握，對于Ku衛星傳輸鏈路的搭建環節也有了更多的經驗。下面以太原Ku雷達信號衛星鏈路的搭建為例，介紹和分析Ku衛星業務鏈路建立時用到的方法和調試手段。

1 民航KU波段衛星系統介紹

1.1 通信網簡介

民航Ku波段衛星網使用亞洲四號衛星的K8V轉發器，其網絡結構為網狀結構，采用FHOP-TDMA技術體制，可實現多達32個頻率的跳頻，突發速率可調，FEC可調，DAMA/PAMA工作方式，主要組網設備為加拿大PolarSat公司VSATPlus II系統。

1.2 通信體制概述

1.2.1 VSAT+II的幀及突發結構

民航Ku波段衛星系統采用了時分多址TDMA復用技術，各個地球站以時分方式共享一個或多個載波，采用極短暫、高速的突發，每個頻率在某一時刻只被一個地球站所使用，每個TDMA終端將其用戶信息暫存最多一幀的時間，在下一幀發射出去，每個突發遵循嚴格的定時，從不同地球站到達衛星的突發在時間間隔上非常小，但永遠不會重疊。

1.2.2 VSAT+II的超幀結構

一定數量的幀組成超幀，超幀中包含了對每一個站的捕獲幀，每個站在自己的捕獲幀發射自己的CSC突發，超幀的最后數個幀用于衛星環測和路徑有效性測試，每個站都跟蹤主參考站發射的超幀計數，每一超幀中包含的幀的數量和每一幀中CSC信道的數量決定網絡中的站點總數。

1.2.3 VSAT+II的網絡時鐘及同步

Polarsat公司的VSAT+II網絡是一個完全同步的網絡。在同步網絡中，只有一個站為全網提供時鐘，該站被稱為主時鐘參考站。所有的非參考站都跟隨主參考站的時鐘。次參考站為主參考站提供自動熱備份。時鐘參考站不需要特殊的設備。

1.3 建立雷達信號衛星鏈路時需要使用的數據板卡

VSATPlusII支持的接口板有：數據板；話音板；撥號數據板；E1板；DLM板（30路，數據，有額外DLM機箱）；幀中繼板。這里僅對高速數據板及DLM板進行介紹。

1.3.1 高速數據板

主要特征：①多速率——27種數據速率；數據速率自適應，無需硬件或跳線改動。②支持多種物理接口（RS232，RS449，V.35）。實現RS232、V.35協議接口需更換相應子卡；③工作方式——DTE或DCE。④時鐘方式——主時鐘或從時鐘。⑤每個高速數據板可建立2個獨立信道。⑥信令方式——帶內信令（控制信號隨數據走）；帶外信令（控制信號走CSC）。

1.3.2 DLM板及DLM

DLM是Data Line Multiplexer（數據線路復用器）的縮寫；DLM的推出是為了適應一個站需要較多的數據通道、VSAT機箱中無更多的槽位、數據速率不大于64 kbps等數據應用的需求。

DLM版的主要特點：①一個DLM可支持多達30路的數據；②數據速率為 1.2 kbps、2.4 kbps、4.8 kbps、9.6 kbps、19.2 kbps、38.4 kbps和64 kbps（撥動開關選擇）；③支持多種數據接口，RS232，RS449，V.35（通過撥動開關選擇）；④通過分裂信道操作，允許任意信道傳輸到其他信道去，未用的信道不傳輸；⑤可以放置在任何站點而非必須在主站；⑥與CELP E1 G.703兼容；⑦與數據卡兼容，這時高速數據板必須使用帶外信令；⑧只能工作于DCE主時鐘方式，需要DTE設備將時鐘送回。

2 Ku衛星系統雷達信號傳輸鏈路模型

2.1 雷達數據的特點及傳輸要求

2.1.1 技術要點

雷達用戶終端設備所引接雷達信號種類繁多，它們根據高級數據鏈路控制協議（HDLC）通過DDN專線從各雷達站匯集到信息中心。兩者之間的電氣接口采用RS232或RS422標準，并遵從CC ITT V24/V28規范。這些數據主要采用ASTER IX、MP II和CD 2三種標準報文格式。系統在雷達數據接收機上按照相應協議和接口標準，配置多塊同步通信卡實時接收這些數據，然后轉化為以太網中通過TCP傳輸的IP報文。

2.1.2 表示方法

各種雷達數據中信息的表示方法各不相同?，F代雷達數據預處理首先對數據塊的標志段、地址段、控制段等進行處理和校驗，然后根據不同的報文類型進行判讀和轉換，其中關鍵是考慮錯誤處理。各種雷達信號在數據生成和網絡傳輸時不可避免地會產生一定的錯誤，造成雷達數據質量下降。這些數據錯誤包括數據幀中描述的長度和實際傳送長度不符合、出現非標準定義的數據報頭、數據報末端丟失字節等。

2.1.3 數據信息時間的標定

主要是指將各種同步或異步的雷達在不同時刻測量到的航跡統一到時間軸上的同一個時刻。首先是要建立統一的時間基準，通用的方法是各個雷達站和信息處理中心都采用GPS時間系統，在收到的航跡信息中加入GPS時間戳，這樣對比2個時間就可以精確地確定數據通信延遲。

2.2 建立雷達數據鏈路時應考慮的幾個方面

必須要從以下幾方面入手，以適應雷達數據的技術要點，實現雷達數據的正確完整傳輸及數據可用。

①選擇鏈路的傳輸協議。對于民航雷達數據鏈路，一般采用同步鏈路，RS232數據接口，速率9.6 kbps.②對數據鏈路中各節點的端口類型進行正確配置。雷達站一般都建在遠離航管樓且較為空曠的地方，從雷達站到用戶終端所建立起的雷達鏈路，往往要利用許多中轉設備，例如光纖復用設備、基帶Modem、衛星通信設備、雷達信號分配器等，總體上這些設備最終是一個DCE設備。但是由于每個設備在連接時都有自身的特點和要求，于是在每個環節上又有了對DCE、DTE的設置，不同的設置需要采用不同的線纜線序。③對數據鏈路中各節點時鐘源進行正確選擇。雷達數據對時鐘的準確同步有著非常嚴格的要求，時間對齊是實現數據正確使用的關鍵，在整個鏈路上最終只能選取一個點作為主時鐘源，實現鏈路同步。④在用戶終端采用與雷達數據源相同的數據讀取格式。目前，民航范圍內使用的雷達約有十幾種，在華北地區主要是雷神、馬一、馬二、ALANIA等。每一種雷達信號都有不同的幀格式，因此在接收端必須采用相一致的格式才能實現數據的正確處理。

2.3 利用民航Ku波段衛星實現雷達信號衛星鏈路幾種接入方式

2.3.1 高速數據板到高速數據板

圖1 數據傳輸圖解

①圖1中在發送和接入端均設置了一對基帶Modem，主要是考慮到民航Ku波段衛星鏈路必須是同步數據主時鐘，對于某些只能設為主時鐘源雷達站，這必然因時鐘沖突而無法實現雷達數據的傳輸。②圖1中的基帶Modem也可不用，而采用先在高速數據板RS232端口加裝數據緩沖器，再引接雷達數據，用于將雷達主時鐘屏蔽以適應衛星鏈路的要求。③圖1中的衛星鏈路部分為全雙工鏈路，但用于雷達信號傳送只能為單向發送或單向廣播。

2.3.2 高速數據板到DLM板

采用這種方式，可以實現一個衛星節點有用戶通信信道資源。在鏈路配置上基本相同，但必須注意在使用高速數據板節點，需要在高速數據板上插裝正確的通信子卡，并且將兩個端口的跳線開關均設置為帶外信令。使用DLM板的節點，要在DSCC板進行端口協議及速率的正確配置。

2.3.3 DLM板到DLM板

采用這種方式時，各節點只需對DSCC板進行端口協議及速率的正確配置。

3 Ku衛星系統雷達信號傳輸鏈路的調試過程

3.1 衛星鏈路誤碼測試結果及分析

3.1.1 DLM板到DLM板衛星鏈路測試

測試結果如表1、表2所示。

表1 3條Ku衛星DLM板到DLM板雙向鏈路進行測試的結果

表2 呼和浩特對DLM板卡進行更換后再次進行鏈路測試的結果

3.1.2 太原使用高速數據板，對端使用DLM板衛星鏈路的測試

測試結果如表3所示。

表3 高速數據板到DLM板衛星鏈路測試結果（呼和浩特已更換DLM板）

3.1.3 測試結果分析

①太原采用DLM板到DLM板方式建立衛星鏈路時，鏈路上存在較為嚴重的丟幀，鏈路傳輸質量不能滿足雷達數據信號的傳送，分析以上3次結果，丟幀問題是由太原本地的DLM板或DLMCC板有關。于是，將這兩個板卡送民航衛星網絡管理公司檢測，最終確認DLMCC板有問題。②丟幀原因。Ku衛星室內設備采用的是VSATPlusⅡ/Ⅱe機箱以及DLM機箱，進行DLM數據復用時，存在DLM板在VSATPlusⅡ機箱的幀復用，以及DLMCC在DLM板上的幀復用，這兩次復用過程中，任何一處的故障都會引起復幀丟失，導致衛星鏈路質量下降。表1的測試結果說明，太原、呼和浩特兩地的DLM設備均引發了丟幀，且太原至呼和浩特鏈路上發生了丟幀的累加。表2的測試結果進一步證實，太原本地的DLM設備確實存在丟幀。③表3的測試結果顯示，太原本地至呼和浩特、北京采用高速數據板到DLM板方式建立的衛星鏈路質量正常，可以用于雷達信號的傳送。

3.2 雷達信號的接收和發送實驗

3.2.1 雷達信號的接收

3.2.1.1 雷達信號接收采用的鏈路

見圖2.

圖2 雷達信號的接收通過衛星傳輸所采用的鏈路

3.2.1.2 雷達信號的送入與引接

如表4、表5所示，由于呼和浩特雷達站信號主時鐘源可設為從時鐘，在信號引接時，未進行接口管腳的本地環跳。

表4 發送端時鐘設置

表5 接收端時鐘設置

3.2.1.3 雷達信號的識別處理及效果檢測

太原分別對呼和浩特本地雷達信號及蠻汗山雷達信號接入雷達記錄儀，并選取相對應的雷達信號格式，經過與地面線收到的雷達信號進行比對，信號質量完全滿足使用要求。

3.2.1.4 小結

本次連接試驗中，呼和浩特本地采用的是DCE到DCE方式，因此數據接口連接為交叉方式，太原本地為DCE到DTE方式，因此數據接口連接為直連方式。

對于RS449協議端口定義，Ku衛星37針接口的第15腳為DCE發送時鐘源，因此，收端需要將時鐘信號由15腳引出，并送到DTE接口17腳（接收時鐘）。

3.2.2 雷達信號的外送

3.2.2.1 采用的鏈路

見圖3.

3.2.2.2 雷達信號的送入與引接

如表6、表7所示，由于太原雷達站信號主時鐘源只能設為主時鐘，在不增加Modem、數據緩沖器等附加設備時，需要采取接口管腳的本地環跳。

3.2.2.3 雷達信號的識別處理及效果檢測

未對Ku端口進行管腳環跳時，北京通過誤碼儀對收到的信號進行檢測時，始終有10%左右的丟幀。進行管腳環跳后，測得的信號正常，但由于北京試驗平臺忙，未進行后續的接收驗證。

進行管腳的環跳只是將兩端雷達時鐘進行旁路，并未實現真正意義上的時鐘同步。因此，當信號傳送一定時期后，時鐘的偏離會逐漸增加，導致短時雷達幀錯位丟失，但由于雷達自身的糾錯，所以可以自動重新回到同步狀態。

解決上述問題的較成功案例是采用基帶Modem或數據緩沖器，對雷達信號進行重新處理生成，從而改變信號的時鐘源為外時鐘，以適應Ku衛星的傳輸。

圖3 雷達信號的外送通過衛星傳輸所采用的鏈路

表6 發送端管腳定義

表7 接收端管腳定義

4 結束語

民航Ku衛星網較民航C波段衛星網，采用了更為先進的通信體制，極大地提高了頻帶利用率，可以實現更為靈活多樣的業務接入形式。開發、利用、維護好民航衛星網，是民航衛星工作者的共同目標。隨著對各類業務調試的不斷進行，逐步積累了新經驗和新方法，并對這經驗和方法的交流與探討，將有助于更好地完成日常維護工作。