SDH和WDM光通信技术如何应用在分布式雷达系统中

　　1分布式雷达的特点

　　随着雷达技术的发展，雷达对信号的传输提出了很多新要求。现代很多新体制雷达系统由多个雷达站协同工作，各雷达站相距较远，达几十公里甚至几百公里，雷达信号的远距离传输是多站协同工作的基础。这种多站协同工作雷达体制有多基地雷达、栅栏雷达、雷达组网和分布式雷达等。多基地雷达、栅栏雷达、雷达组网等只需传输点迹和航迹信息，其数据通信速率较低，通信容量较小；分布式雷达需传输接收信号A／D转换后的实时回波数据，其通信需求的最大特点也是最大难点在于超宽带大容量数据的长距离实时传输。

　　分布式雷达系统由一个联合处理控制中心和多个发射站及多个接收站组成。联合处理控制中心产生基准信号送到各雷达，使各雷达具有相同的时间基准，便于各雷达之间的时间同步；不同接收站、不同频率的接收信号传输到联合处理控制中心，综合起来进行信号级的积累处理（相参和非相参）。分布式雷达的本质特征是：采用多个同频或不同频辐射信号，采用多个接收站接收信号，将多站接收到的多个频段信号传输到处理中心进行积累（相参或非相参）处理。

　　宽带通信网络是分布式雷达的主干神经，雷达信号和控制信息的传输完全依赖于通信网络的支持，其性能的好坏直接影响整个系统的性能发挥。

　　2光通信技术

　　光纤通信系统是以光波作为传输信息的载波、以光纤作为传输介质的一种通信系统，具有速率高、损耗低、抗干扰能力强、保密性好、重量轻、体积小等优点。

　　在目前的雷达通信系统中，常常采用自定义的高速传输协议。用高速复接技术将要传输的数据复接成专用的高速数据帧结构，经电光转换变成光信号在光纤中传输，在对端经光电转换、分接后恢复所需数据。这种方法的好处是采用自定义高速传输协议，协议开销少，传输效率高。缺点是自定义高速传输协议与通信标准协议不兼容，不能利用成熟的光通信技术与设备，不能接入公共通信网。随着通信容量需求的增加，不但需要增加光通信设备，还需要增加光纤铺设，使成本成倍增加。

　　在分布式雷达通信系统中采用SDH（同步数字体系）和WDM（波分复用）光通信技术，可以很好地利用成熟的光通信技术与设备，大大提高系统的通信容量，在必要时能够接入公共通信网，大大扩展了雷达系统的布防范围。

　　2.1 SDH技术

　　SDH是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络。

　　SDH有一套标准的信息速率结构等级，称为STM（同步传送模块）。最基本、也是最重要的模块是STM-1，接口速率155.52 Mbit／s。更高等级的STM-N信号是将N个STM-1同步复用、字节间插后形成。SDH标准接口速率见表1。

　　

　　国际电联在ITU-T G.707中对STM-N信号的帧结构作了规定。STM-N的帧是以字节为单位的矩形块状帧结构，由纵向9行和横向270×N列字节组成。传输时按从左至右、从上之下的顺序依次传输，帧周期为125μs。

　　如图l所示，STM-N的帧结构由SOH（段开销）、Au-PTR（管理单元指针）、信息净负荷（payload）3部分组成。信息净负荷是在STM-N帧结构中存放各种信息码块的地方，其中还含有POH（通道开销字节）。

　　SDH传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧结构都要经过映射、定位和复用3个步骤。映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器（C），再加入POH形成VC（虚容器）的过程。帧相位发生偏差称为帧偏移，定位即是将帧偏移信息收进TU（支路单元）或AU（管理单元）的过程，它通过TUPTR（TU指针）或AUPTR（管理指针）的功能来实现。复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道，或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。

　　随着通信技术的不断发展，越来越多不同类型的应用需要通过SDH传送网络承载。由于SDH自身能够对外提供的标准接口种类有限，为了更高效的承载某些速率类型的业务，出现了VC-4带宽捆绑的级联技术和虚级联技术。采用VC级联的技术，将多个VC组合起来，形成一个组合容量更大的容器，使SDH设备可以满足任意速率的高效接入。

　　2.2 WDM技术

　　WDM技术是利用单模光纤的宽带及低损耗的特性，采用多个波长的光作为载波，允许各载波信道在同一根光纤内同时传输。WDM技术采用光路复用器（光合波器）将多路不同波长的光信号合在一起，在同一根光纤中传输；在对端采用光路解复用器（光分波器）将来自同一根光纤中的合波信号分解成多路不同波长的光信号，分别进行处理。与通用的单信道系统相比，WDM不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等优点，特别是它可以直接接人多种业务更使得它的应用前景十分光明。

　　

　　人们通常把光信道间隔较大（甚至在光纤不同窗口上）的WDM称为CWDM（稀疏波分复用），而把在同一窗口中信道间隔较小的WDM称为DWDM（密集波分复用）。随着科技的进步，现代的技术已经能够实现波长间隔为纳米级的复用，甚至可以实现波长间隔为零点几纳米级的复用。

　　如果采用CWDM，一般可用到10多波，通信距离一般为40 km左右，小于80 km。要实现长距离通信，必须采用DWDM技术。DWDM技术目前可用到100多波，无中继传输距离已经可以达到400 km。

　　3分布式雷达通信系统工作原理

　　3.1总体方案

　　该分布式雷达通信系统总体方案如图2所示。

　　

　　该通信系统由1个中心站和多个外围站组成，采用光纤通信方式进行数据传输。中心站和各个外围站之间采用同缆双向光纤相连，构成星形网络结构。

　　中心站至外围站作为下行线路，外围站至中心站作为上行线路。

　　下行数据速率较低，为公共信息，可采用广播形式发送。将下行的多路低速数据经过复用成一路高速串行数据，采用高速低抖动复接光传输技术将光信号分送至各外围站光通信控制分机内。外围站光通信控制分机将信号解复用后恢复各路定时信号、控制信号和话音信号，分送至雷达处理单元和话音终端。

　　上行数据主要是各通道接收机A／D转换后的大量数字基带IQ数据、各单元监测信息及话音信号，加上传输协议开销，其基本处理单元的传输速率约为600 Mbit／s。由雷达处理单元（用户）将A／D数据、管理数据、帧定位信号等复用组合起来构成用户帧，数据速率约为600 Mbit／s。

　　本系统将非标准数据映射到标准的SDH帧结构，使其符合ITU-T标准，能够在后续处理中应用成熟的SDH技术，使用许多通信的常规技术和设备，在必要时也可接入公共通信网。

　　分布式雷达系统各外围雷达站的接收通道数目前为几十个，在未来将扩展到成百上千个，因此要求通信容量可扩展，考虑到数据传输的成本，结合当前光通信技术的发展现状，采用SDH技术和DWDM技术相结合的方案。

　　当雷达系统某外围站通信容量较低时（小于4×600 Mbit／s），可只配置1块业务盘，光路盘可不配置WDM模块。当雷达系统某外围站通信容量较高时，可配置WDM光路盘和多块业务盘。业务盘最多可配置8块，实现单纤20 Gbit／s大容量数据传输；也可4块实用、4块备用，实现单纤10 Gbit／s大容量数据热备份传输。

　　下行数据传输较简单，下面只对上行的单向数据传输进行说明。

　　3.2单向数据SDH+WDM传输原理

　　本系统上行数据SDH+WDM传输原理如图3。

　　

　　首先用SDH技术实现单波2.5 Gbit／s数据传输，再结合WDM技术，采用8波道光信号在同一根光纤中传输，实现单纤20 Gbit／s大容量数据传输。

　　在发送端，来自多个用户的600 Mbit／s用户数据经用户接口送入用户业务发送盘，4路用户数据映射到SDH体制级联的VC-4-4虚容器（622 Mbit／s），装入标准的STM-16帧（2.5 Gbit／s）结构，成为STM-16电信号，送入WDM光路盘。WDM光路盘将STM-16电信号经电光转换成光信号，送到光合波器。光合波器将来自多块发送盘的多路不同波长的光信号合在一起，在同一根光纤中传输。

　　在接收端，光分波器将来自同一根光纤中的合波信号分解成8路不同波长的光信号，分别送入接收业务盘对应的光电转换器，变换成STM-16电信号，送到用户业务接收盘。接收盘解复用、去映射后恢复各路600 Mbit／s用户数据帧，送至雷达各处理单元。

　　电路采用模块化设计，便于系统的维修和扩展。系统扩展时，只需增加用户业务发送和接收业务盘。

　　每对业务盘（一块发送盘和一块接收盘）对应一个波长，业务盘的配置数量按照系统要求确定，本系统按照4～8对配置。

　　对于一个接收通道数据速率约为几十Mbit／s的系统，每对业务盘可处理几十个接收通道的回波A／D数据，线路数据速率为2.5 Gbit／s。

　　8对业务盘可处理几百个接收通道的回波A／D数据，线路数据速率为20 Gbit／s。

　　3.3发送电路工作原理

　　发送端的数据主要由用户业务发送盘处理，每个雷达处理单元作为一个用户，每一块用户业务发送盘最多可处理4个用户的数据，其原理如图4所示。

　　

　　雷达处理单元（用户）将A／D数据、管理数据、帧定位信号等组合起来构成用户帧，约600 Mbit／s的高速数据，加入有效数据指示（data_valid）信号来指出当前并行输入到SERDES中的数据是否有效，然后采用SERDES将并行数据串行化传输。在雷达处理单元与光通信控制分机之间采用光互联或双芯电缆相连。在光通信控制分机侧采用相同的SERDES将数据接收下来，只有有效的数据被传输。这种方法的好处是雷达处理单元侧时钟设计会简化，数据速率发生变化时对整个系统几乎没有什么影响，在接收端进行业务去映射时时钟抖动小。在对端的用户板上经过SERDES串并变换后得到与发端完全相同的信号关系，同样包括有效数据指示（data_valid）信号指出当前并行数据是有效数据。

　　用户业务发送盘由FPGA电路将每个用户业务数据映射到SDH级联的VC-4-4虚容器（622 Mbit／s），4个VC-4-4复用成一个STM-16帧（2.5 Gbit／s），送入WDM光路盘进行波分复用传输。

　　3.4接收电路工作原理

　　用户业务接收盘接收光路盘送来的高速数据电信号，经解复用、去映射处理后恢复各路A／D数据、管理数据、帧定位信号等组合起来的用户帧，送至雷达各处理单元，与用户业务发送盘相对应，每一块用户业务接收盘最多可处理4个用户的数据，其原理如图5所示。

　　

　　4结束语

　　在分布式雷达通信系统中采用SDH技术和WDM技术，可满足雷达系统信号实时性要求，数据传输能达到的速率更高，能避免将雷达视频进行压缩传输而产生信号损伤，使雷达系统得到更多的细节信息。可实现数据信号的长距离传输，使雷达系统的网络化应用成为可能。符合ITU-T标准，具有标准的接口，必要时能够接人公共电信通信网。采用模块化设计和DWDM技术，便于系统的维修和扩展，可提高雷达系统的战场生存能力。因此，将SDH和WDM技术引入雷达信号的传输，能够有效提高雷达系统的性能。