精品文檔-下載后可編輯SDH和WDM光通信技術在分布式雷達系統中的應用-技術方案1分布式雷達的特點

隨著雷達技術的發展，雷達對信號的傳輸提出了很多新要求。現代很多新體制雷達系統由多個雷達站協同工作，各雷達站相距較遠，達幾十公里甚至幾百公里，雷達信號的遠距離傳輸是多站協同工作的基礎。這種多站協同工作雷達體制有多基地雷達、柵欄雷達、雷達組網和分布式雷達等。多基地雷達、柵欄雷達、雷達組網等只需傳輸點跡和航跡信息，其數據通信速率較低，通信容量較小；分布式雷達需傳輸接收信號A／D轉換后的實時回波數據，其通信需求的特點也是難點在于超寬帶大容量數據的長距離實時傳輸。

分布式雷達系統由一個聯合處理控制中心和多個發射站及多個接收站組成。聯合處理控制中心產生基準信號送到各雷達，使各雷達具有相同的時間基準，便于各雷達之間的時間同步；不同接收站、不同頻率的接收信號傳輸到聯合處理控制中心，綜合起來進行信號級的積累處理(相參和非相參)。分布式雷達的本質特征是：采用多個同頻或不同頻輻射信號，采用多個接收站接收信號，將多站接收到的多個頻段信號傳輸到處理中心進行積累(相參或非相參)處理。

寬帶通信網絡是分布式雷達的主干神經，雷達信號和控制信息的傳輸完全依賴于通信網絡的支持，其性能的好壞直接影響整個系統的性能發揮。

2光通信技術

光纖通信系統是以光波作為傳輸信息的載波、以光纖作為傳輸介質的一種通信系統，具有速率高、損耗低、抗干擾能力強、保密性好、重量輕、體積小等優點。

在目前的雷達通信系統中，常常采用自定義的高速傳輸協議。用高速復接技術將要傳輸的數據復接成專用的高速數據幀結構，經電光轉換變成光信號在光纖中傳輸，在對端經光電轉換、分接后恢復所需數據。這種方法的好處是采用自定義高速傳輸協議，協議開銷少，傳輸效率高。缺點是自定義高速傳輸協議與通信標準協議不兼容，不能利用成熟的光通信技術與設備，不能接入公共通信網。隨著通信容量需求的增加，不但需要增加光通信設備，還需要增加光纖鋪設，使成本成倍增加。

在分布式雷達通信系統中采用SDH(同步數字體系)和WDM(波分復用)光通信技術，可以很好地利用成熟的光通信技術與設備，大大提高系統的通信容量，在必要時能夠接入公共通信網，大大擴展了雷達系統的布防范圍。

2.1SDH技術

SDH是一種將復接、線路傳輸及交換功能融為一體、并由統一網管系統操作的綜合信息傳送網絡。

SDH有一套標準的信息速率結構等級，稱為STM(同步傳送模塊)。基本、也是重要的模塊是STM-1，接口速率155.52Mbit／s。更高等級的STM-N信號是將N個STM-1同步復用、字節間插后形成。SDH標準接口速率見表1。

國際電聯在ITU-TG.707中對STM-N信號的幀結構作了規定。STM-N的幀是以字節為單位的矩形塊狀幀結構，由縱向9行和橫向270×N列字節組成。傳輸時按從左至右、從上之下的順序依次傳輸，幀周期為125μs。

如圖l所示，STM-N的幀結構由SOH(段開銷)、Au-PTR(管理單元指針)、信息凈負荷(payload)3部分組成。信息凈負荷是在STM-N幀結構中存放各種信息碼塊的地方，其中還含有POH(通道開銷字節)。

SDH傳輸業務信號時各種業務信號要進入SDH的幀結構都要經過映射、定位和復用3個步驟。映射是將各種速率的信號先經過碼速調整裝入相應的標準容器(C)，再加入POH形成VC(虛容器)的過程。幀相位發生偏差稱為幀偏移，定位即是將幀偏移信息收進TU(支路單元)或AU(管理單元)的過程，它通過TUPTR(TU指針)或AUPTR(管理指針)的功能來實現。復用則是將多個低價通道層信號通過碼速調整使之進入高價通道，或將多個高價通道層信號通過碼速調整使之進入復用層的過程。

隨著通信技術的不斷發展，越來越多不同類型的應用需要通過SDH傳送網絡承載。由于SDH自身能夠對外提供的標準接口種類有限，為了更高效的承載某些速率類型的業務，出現了VC-4帶寬捆綁的級聯技術和虛級聯技術。采用VC級聯的技術，將多個VC組合起來，形成一個組合容量更大的容器，使SDH設備可以滿足任意速率的高效接入。

2.2WDM技術

WDM技術是利用單模光纖的寬帶及低損耗的特性，采用多個波長的光作為載波，允許各載波信道在同一根光纖內同時傳輸。WDM技術采用光路復用器(光合波器)將多路不同波長的光信號合在一起，在同一根光纖中傳輸；在對端采用光路解復用器(光分波器)將來自同一根光纖中的合波信號分解成多路不同波長的光信號，分別進行處理。與通用的單信道系統相比，WDM不僅極大地提高了網絡系統的通信容量，充分利用了光纖的帶寬，而且它具有擴容簡單和性能可靠等優點，特別是它可以直接接人多種業務更使得它的應用前景十分光明。

人們通常把光信道間隔較大(甚至在光纖不同窗口上)的WDM稱為CWDM(稀疏波分復用)，而把在同一窗口中信道間隔較小的WDM稱為DWDM(密集波分復用)。隨著科技的進步，現代的技術已經能夠實現波長間隔為納米級的復用，甚至可以實現波長間隔為零點幾納米級的復用。

如果采用CWDM，一般可用到10多波，通信距離一般為40km左右，小于80km。要實現長距離通信，必須采用DWDM技術。DWDM技術目前可用到100多波，無中繼傳輸距離已經可以達到400km。

3分布式雷達通信系統工作原理

3.1總體方案

該分布式雷達通信系統總體方案如圖2所示。

該通信系統由1個中心站和多個外圍站組成，采用光纖通信方式進行數據傳輸。中心站和各個外圍站之間采用同纜雙向光纖相連，構成星形網絡結構。

中心站至外圍站作為下行線路，外圍站至中心站作為上行線路。

下行數據速率較低，為公共信息，可采用廣播形式發送。將下行的多路低速數據經過復用成一路高速串行數據，采用高速低抖動復接光傳輸技術將光信號分送至各外圍站光通信控制分機內。外圍站光通信控制分機將信號解復用后恢復各路定時信號、控制信號和話音信號，分送至雷達處理單元和話音終端。

上行數據主要是各通道接收機A／D轉換后的大量數字基帶IQ數據、各單元監測信息及話音信號，加上傳輸協議開銷，其基本處理單元的傳輸速率約為600Mbit／s。由雷達處理單元(用戶)將A／D數據、管理數據、幀定位信號等復用組合起來構成用戶幀，數據速率約為600Mbit／s。

本系統將非標準數據映射到標準的SDH幀結構，使其符合ITU-T標準，能夠在后續處理中應用成熟的SDH技術，使用許多通信的常規技術和設備，在必要時也可接入公共通信網。

分布式雷達系統各外圍雷達站的接收通道數目前為幾十個，在未來將擴展到成百上千個，因此要求通信容量可擴展，考慮到數據傳輸的成本，結合當前光通信技術的發展現狀，采用SDH技術和DWDM技術相結合的方案。

當雷達系統某外圍站通信容量較低時(小于4×600Mbit／s)，可只配置1塊業務盤，光路盤可不配置WDM模塊。當雷達系統某外圍站通信容量較高時，可配置WDM光路盤和多塊業務盤。業務盤多可配置8塊，實現單纖20Gbit／s大容量數據傳輸；也可4塊實用、4塊備用，實現單纖10Gbit／s大容量數據熱備份傳輸。

下行數據傳輸較簡單，下面只對上行的單向數據傳輸進行說明。

3.2單向數據SDH+WDM傳輸原理

本系統上行數據SDH+WDM傳輸原理如圖3。

首先用SDH技術實現單波2.5Gbit／s數據傳輸，再結合WDM技術，采用8波道光信號在同一根光纖中傳輸，實現單纖20Gbit／s大容量數據傳輸。

在發送端，來自多個用戶的600Mbit／s用戶數據經用戶接口送入用戶業務發送盤，4路用戶數據映射到SDH體制級聯的VC-4-4虛容器(622Mbit／s)，裝入標準的STM-16幀(2.5Gbit／s)結構，成為STM-16電信號，送入WDM光路盤。WDM光路盤將STM-16電信號經電光轉換成光信號，送到光合波器。光合波器將來自多塊發送盤的多路不同波長的光信號合在一起，在同一根光纖中傳輸。

在接收端，光分波器將來自同一根光纖中的合波信號分解成8路不同波長的光信號，分別送入接收業務盤對應的光電轉換器，變換成STM-16電信號，送到用戶業務接收盤。接收盤解復用、去映射后恢復各路600Mbit／s用戶數據幀，送至雷達各處理單元。

電路采用模塊化設計，便于系統的維修和擴展。系統擴展時，只需增加用戶業務發送和接收業務盤。

每對業務盤(一塊發送盤和一塊接收盤)對應一個波長，業務盤的配置數量按照系統要求確定，本系統按照4～8對配置。

對于一個接收通道數據速率約為幾十Mbit／s的系統，每對業務盤可處理幾十個接收通道的回波A／D數據，線路數據速率為2.5Gbit／s。

8對業務盤可處理幾百個接收通道的回波A／D數據，線路數據速率為20Gbit／s。

3.3發送電路工作原理

發送端的數據主要由用戶業務發送盤處理，每個雷達處理單元作為一個用戶，每一塊用戶業務發送盤多可處理4個用戶的數據，其原理如圖4所示。

雷達處理單元(用戶)將A／D數據、管理數據、幀定位信號等組合起來構成用戶幀，約600Mbit／s的高速數據，加入有效數據指示(data_valid)信號來指出當前并行輸入到SERDES中的數據是否有效，然后采用SERDES將并行數據串行化傳輸。在雷達處理單元與光通信控制分機之間采用光互聯或雙芯電纜相連。在光通信控制分機側采用相同的SERDES將數據接收下來，只有有效的數據被傳輸。這種方法的好處是雷達處理單元側時鐘設計會簡化，數據速率發生變化時對整個系統幾乎沒有什么影響，在接收端進行業務去映射時時鐘抖動小。在對端的用戶板上經過SERDES串并變換后得到與發端完全相同的信號關系，同樣包括有效數據指示(data_valid)信號指出當前并行數據是有效數據。

用戶業務發送盤由FPGA電路將每個用戶業務數據映射到SDH級聯的VC-4-4虛容器(622Mbit／s)，4個VC-4-4復用成一個STM-16幀(2.5Gbit／s)，送入WDM光路盤進行波分復用傳輸。

3.4接收電路工作原理

用戶業務接收盤接收光路盤送來的高速數據電信號，經解復用、去映射處理后恢復各路A／D數據、管理數據、幀定位信號等組合起來的用戶幀，送至雷達各處理單元，與用戶業務發送盤相對應，每一塊用戶業務接收盤多可處理4個用戶的數據，其原理如圖5所示。

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