基于VoIP空管地空通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究

曾超平

（中國(guó)民用航空桂林空中交通管理站，廣西 桂林 541006）

基于VoIP空管地空通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究

曾超平

（中國(guó)民用航空桂林空中交通管理站，廣西 桂林 541006）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，VoIP成為語(yǔ)音通信的前進(jìn)方向。通過(guò)VoIP網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)電話網(wǎng)和Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語(yǔ)音通信，使得電話網(wǎng)和Internet網(wǎng)在任何地方可以相互聯(lián)網(wǎng)通信。文章首先介紹VoIP技術(shù)基本原理，然后再分析空管系統(tǒng)地空通信現(xiàn)有的傳輸網(wǎng)絡(luò)，最后重點(diǎn)討論VoIP在民航空管系統(tǒng)地空通信中的應(yīng)用。

VHF；地空通信；VoIP

1 VoIP技術(shù)基本原理

VoIP[1]（Voice over Internet Protocal）基本原理是通過(guò)語(yǔ)音的壓縮算法對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，然后將這些語(yǔ)音數(shù)據(jù)按TCP/IP協(xié)議進(jìn)行打包，利用IP網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包傳送至接收端，再把接收端的語(yǔ)音數(shù)據(jù)包串起來(lái)，經(jīng)過(guò)解碼處理，恢復(fù)原來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)，以此實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)傳送語(yǔ)音的目的。VoIP語(yǔ)音信號(hào)傳輸?shù)幕具^(guò)程如圖1所示。

圖1 VoIP語(yǔ)音傳輸過(guò)程

VoIP的核心設(shè)備是IP電話網(wǎng)關(guān)，IP網(wǎng)關(guān)具有將模擬語(yǔ)音轉(zhuǎn)化為數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)，并做進(jìn)一步壓縮，以達(dá)到節(jié)約帶寬、提高傳輸效率的目的。同時(shí)，IP網(wǎng)關(guān)具有路由控制功能，它可以將各個(gè)地區(qū)的電話區(qū)號(hào)映射為對(duì)應(yīng)的地區(qū)網(wǎng)關(guān)IP地址。這些IP地址信息存放在某一數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)相應(yīng)的處理軟件來(lái)進(jìn)行呼叫處理、數(shù)字語(yǔ)音打包、路由選擇管理等功能。

2 空管系統(tǒng)現(xiàn)有地空通信網(wǎng)絡(luò)

民航地空語(yǔ)音通信系統(tǒng)承擔(dān)著地面管制員與飛行員之間實(shí)時(shí)通話聯(lián)系功能，一直以來(lái)是空中交通管制的主要手段之一。我國(guó)的民航語(yǔ)音通信技術(shù)隨著飛行流量的不斷增加、空中交通管制體制和方式的改變而不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了從高頻短波通信到甚高頻（VHF）通信的轉(zhuǎn)變。隨著網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星與地面?zhèn)鬏敿夹g(shù)的不斷成熟，甚高頻語(yǔ)音通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了中心站到遠(yuǎn)端站、點(diǎn)到點(diǎn)遠(yuǎn)距離通信功能。目前，民航地空話音通信主要以大量遙控臺(tái)組成的甚高頻內(nèi)話遙控通信系統(tǒng)的形式出現(xiàn)。

現(xiàn)有的甚高頻通信系統(tǒng)由多個(gè)甚高頻臺(tái)、PCM復(fù)用器、內(nèi)話系統(tǒng)組成。其基本框圖如圖2所示。這里以桂林A甚高頻臺(tái)站和廣州為例，PCM[2]采用華為FA16。

圖2 現(xiàn)有甚高頻通信系統(tǒng)傳輸示意圖

FA16[3]接入網(wǎng)設(shè)備基于PCM原理設(shè)計(jì)，采用時(shí)分多址復(fù)用(TDM)的數(shù)字音頻，每個(gè)通信頻率對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的信道或者時(shí)隙，甚高頻信號(hào)傳輸基本無(wú)時(shí)延。但是FA16也存在以下不足：

首先，F(xiàn)A16采用V5協(xié)議，嚴(yán)格按照網(wǎng)絡(luò)7層模型來(lái)看，屬于2.5層，沒(méi)有路由尋址、聚合、智能選路功能。

其次，F(xiàn)A16不能實(shí)現(xiàn)廣播，這點(diǎn)對(duì)于雷達(dá)信號(hào)傳輸尤為不方便。

第三，信號(hào)受2M鏈路影響很大，當(dāng)運(yùn)營(yíng)商2M鏈路質(zhì)量不好時(shí)，甚高頻信號(hào)雜音變大，語(yǔ)音失真，影響管制員工作。

第四，帶寬利用率低下，由于傳輸?shù)氖悄M語(yǔ)音信號(hào)，每路語(yǔ)音都要占用 64K的帶寬，嚴(yán)重浪費(fèi)了帶寬資源。租用運(yùn)營(yíng)商的2M鏈路費(fèi)用昂貴，維護(hù)復(fù)雜。

3 VoIP技術(shù)在空管地空通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

在日常生活中，VoIP主要應(yīng)用于IP電話，利用Internet和全球IP互聯(lián)的環(huán)境，可以提供更好的、更為廉價(jià)的服務(wù)。在實(shí)際的工作中，出于安全和時(shí)效性考慮通過(guò) FA36[4]和租用運(yùn)營(yíng)商的專線或者衛(wèi)星可以組建一張專網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)VoIP在空管地空通信系統(tǒng)的應(yīng)用。如圖3所示，核心樞紐FA36即區(qū)管FA36把管制員模擬語(yǔ)音數(shù)字化，然后封裝打成IP包經(jīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸至臺(tái)站FA36，臺(tái)站FA36解包還原成模擬語(yǔ)音，經(jīng)發(fā)射機(jī)調(diào)制后發(fā)射出去。在實(shí)際應(yīng)用中，傳輸網(wǎng)絡(luò)可以是運(yùn)營(yíng)商的2M專線，也可以是衛(wèi)星鏈路或者ATM，這取決于FA36安裝的板卡。語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)IP分組網(wǎng)絡(luò)傳輸，使原先每路語(yǔ)音占64K的帶寬降低到6～8K（甚至更低），從而大大節(jié)省了帶寬資源，提高了線路利用率。利用IP分組網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)廣播，這點(diǎn)對(duì)于雷達(dá)信號(hào)傳輸尤為實(shí)用。此外利用網(wǎng)管方便網(wǎng)絡(luò)管理和故障排查。在實(shí)際工作中，發(fā)現(xiàn)使用FA36存在較長(zhǎng)時(shí)間延時(shí)，管制員可以聽(tīng)到自己的回音。這是由于FA36傳輸語(yǔ)音打包、解包時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致。采用回音抑制技術(shù)可以消除該現(xiàn)象，一方面可以選擇打包時(shí)間更短的技術(shù)，另外一方面臺(tái)站FA36和收、發(fā)信機(jī)加載回音抑制器，從物理隔斷回音。

圖3 基于VoIP的地空通信示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

2004年，歐洲航空裝備組織（EUROCAE）WG-67開(kāi)始運(yùn)作，其目的是達(dá)到空管系統(tǒng)基于 VoIP技術(shù)的通信系統(tǒng)的互操作性。2009年開(kāi)始，WG-67文件陸續(xù)出臺(tái)。這表明當(dāng)今世界空管系統(tǒng)地空通信正朝向基于IP的VoIP技術(shù)發(fā)展。盡管VoIP技術(shù)還需要完善和改進(jìn)，但是筆者相信隨著VoIP技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善、VoIP關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，VoIP的發(fā)展前景將是令人矚目。

[1] 鄧?yán)镂?VoIP關(guān)鍵技術(shù)研究[J].2005,(2):66-68.

[2] 華為技術(shù)有限公司.SA000101 HONET FA16系統(tǒng)概述(ISSUE4.0)[M].深圳:華為技術(shù)有限公司,2005.

[3] 華為技術(shù)有限公司.接入網(wǎng)技術(shù)[M].深圳:華為技術(shù)有限公司,1998.

[4] 華為技術(shù)有限公司.中低端路由器終端接入特性[M].深圳:華為技術(shù)有限公司,2005.

Based on the research of key technology VoIP for the ground-to-air communication systems

With the rapid development of computer technology and network technology, VoIP has become the way forward for voice communications. Achieved through VoIP telephone network and the Internet gateway network for voice communications, making telephone network and Internet network anywhere can communicate with the Internet. This paper first introduces the basic principles of VoIP technology, and then analyze the ATC system air-ground communications existing transmission network, and finally focus on VoIP applications in civil aviation air-ground pipe system communication.

VHF;air-ground communications;VoIP

TN92

A

1008-1151(2015)02-0004-02

2015-01-12

曾超平（1986－），男，中國(guó)民用航空桂林空中交通管理站助理工程師，研究方向?yàn)槊窈酵ㄐ偶氨O(jiān)視。