E&M信令下甚高頻通信系統PTT的傳輸與控制

王瑞軍

民航寧夏空管分局寧夏銀川河東機場，寧夏銀川 750001

0 引言

甚高頻（VHF）話音通信是民航管制部門實施對空指揮，完成地空通信的最主要手段。因甚高頻通信的視距傳播特性，使得信號在超過有效覆蓋區域時就無法進行通信，為擴大管制員管制范圍，減少管制移交，提高飛行流量，世界各國都采用建立VHF 信號遙控臺的辦法，從而實現航路及區域信號有效覆蓋。實現甚高頻遙控通信的核心部分是要通過傳輸路由對遠臺VHF 收發信機的話音信號（TX、RX）和鍵控（PTT、SQL）信號進行實時傳輸。傳輸VHF 信號，4 線E&M 接口是最理想的[1]。由于E&M 接口的種類不同，無線電臺和遙控終端之間有多種接入方式，同時甚高頻電臺設備種類繁多，其鍵控信號的啟動方式也不盡相同。因此，深刻理解VHF 遙控信號的傳輸接口類型與鍵控信號的啟動方式對于從事民航VHF 通信設備維護工作的人員至關重要。

1 E&M 信令

E&M 是一種模擬中繼信令，廣泛應用于各種不同類型的中繼電路和長途電路，它將電路產生的信號轉換成適合于傳輸媒介的信號方式進行傳輸。E&M 接口將話音通道和信令通道分開，E 和M 是信令控制線，E 信令用于控制接收信號的傳輸，M 信令用于控制發射信號的傳輸，通過E 線與M 線狀態的改變來控制語音信號的接收與發射。

E&M 語音通常在2 或4 條線路上傳輸，根據電路特性不同，其信令方式有I、II、III、IV 和V 類信令，圖1 所示為I 類信令的信號控制方式及其在中繼傳輸中的連接方式（本文僅對信令控制線進行了描述，未畫出話音傳輸線）：

圖1 I 類E&M 信令

I 類E&M 信令包含一根M 線，一根E 線及一對收和一對發線。本地端通過對M 線提供電壓或接地來表示摘機或掛機，從而向傳輸端提供M 信號。傳輸端通過電阻性負載來探測這個信號，并向另一端交換機的E 線發送信令信號。同理，遠端信令單元通過接地（低阻）和斷開（高阻）分別表示摘機和掛機從而向傳輸端提供E 信號，傳輸端通過電流檢測向另一端交換機的M 線發送信令信號。

對于I 類E&M 信令，遠端與本地端的回路電流分別接地連接，當大量的E&M 電路同時使用將產生電流噪聲，影響語音信號的質量。此外I 類E&M 信令設計之初僅考慮了交換機與傳輸端的連接，使得本地端與遠端的接口不對稱連接，為傳輸端之間的串聯傳輸帶來了困難。為解決上述問題，根據I 類信令的設計思路，II 到V 類信令方式應運而生。

圖2 II—V 類E&M 信令

II 類E&M 信令比I 類多使用兩條線：電源信號（SB）和接地信號（SG）。本地端電壓信號來自于遠端傳輸設備；遠端接地信號則來自于本地端，以多一對信號線的代價消除了接地電流的干擾問題，如圖2（a）所示。

III類E&M信令將II類信令中E線的SG信號線上移至M線，M 導線接傳輸端SG 線表示掛機，接SB 線表示摘機，E 導線接地表示摘機，斷開表示掛機。此種方式減少了因連接負電壓檢測設備及M 導線和E 導線長距離傳輸而造成的延時，但是因為E 導線的接地電流同樣會對語音信號產生干擾，因此這種信令種方式很少使用。

IV 類E&M 信令對 II 類信令進行了改動，M 導線接電源表示摘機，斷開表示掛機，E 線的連接方式與M 線鏡像對稱，接地表示摘機，斷開表示掛機。值得注意的是M 導線雖然與SB線相配合，但是SB 線接地其實可以算作SG 線。此種對稱的連接方式方便了傳輸端的串聯連接。

V 類E&M 信令方式對 IV 類信令方式進行了簡化，去掉了SB 與SG 線，M 導線與E 導線鏡像對稱，傳輸端可以方便的實現背對背連接，同時也因為電路結構簡單而不會產生嚴重的接地電流干擾。

2 民航VHF 電臺PTT 的啟動方式

民航VHF 電臺發射鍵控信號PTT 的方式包括接地、懸空、電壓控制等，不同廠家生產的電臺其PTT 信號啟動方式多種多樣，但歸結起來不外以下6 種方式：

圖3 PTT 啟動方式

2.1 PTT NORM

此種啟動方式的PTT 信號直接來自于終端設備例如電臺本身自帶的話筒。終端設備向電臺發送一個負電平信號，電臺內部功放電路受電平信號控制對語音信號進行放大并通過天線向外輻射信號，如圖3（a）所示。

2.2 PTT PHANTOM（幻象）

此種啟動方式的PTT 信號不另外單獨使用信號線進行傳輸，而是直接將PTT 信號疊加在話音信號上，電臺內部的判斷電路通過檢測話音信號電平值判斷是否有PTT 信號，如圖3（b）所示。

2.3 -PTT OPTO/VOP

此種啟動方式使用了光電耦合器，光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換器件。在光電耦合器輸入端加電信號使發光源發光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而產生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就可以實現電一光一電的轉換，本方式通過光耦合器一端的負電壓控制實現PTT 信號的激活，如圖3（c）所示。

2.4 PTT OPTO/GND

此種啟動方式同上，只是在光耦合器控制方式上有所變化，如圖3（d）所示。

2.5 PTT OPTO/FLOAT

此種啟動方式使用了正負電壓差控制光耦合器從而控制PTT 的啟動，如圖3（e）所示。

2.6 PTT PHANTOM/GND

此種啟動方式使用幻象方式控制光耦合器從而控制PTT 的啟動，如圖3（f）所示。

上述6 種PTT 信號的工作方式，具體選用哪種需根據終端設備PTT 信號的電壓極性及啟動方式等確定。其中第一種（PTT NORM）方式電路簡單但會出現信號地與設備地不匹配的問題，不適宜遠端遙控使用。方式2-6 使用了光耦合器，很好的解決了信號地與設備地不匹配的問題，其中兩種幻象PTT 啟動方式沒有專門的鍵控信號傳輸線，節省了傳輸資源，但其電路實現復雜，使用較少。方式3、4、5 電路實現簡單，且易與遙控終端設備匹配，是目前遙控臺VHF 通信設備中PTT 信號啟動的主要方式。

3 PTT 信號在V 類E&M 信令下的傳輸

因V 類E&M 信令控制方式是鏡像對稱的，允許使用交叉電纜的背對背連接，與目前民航VHF 設備中鍵控信號（PTT、SQ）的控制方式相兼容，在VHF 信號傳輸中得到了普遍的應用。根據《中華人民共和國民用航空業標準》中話音通信系統技術規范中規定：收發信機、發信機、收信機的音頻和PTT、SQL 信令接口兼容E&M 類型V ；用于傳輸甚高頻話音的接口類型應符合修改的E&M 類型V 標準，中繼線路中斷或忙時端口呈現高阻特性。根據該標準，本文將以SCHMID ICS200/60 型內話及RS4200 型電臺為例，搭建并詳細分析PTT 信號在V 類E&M 下的傳輸控制方式。

3.1 SCHMID ICS200/60 內話與RS4200 電臺PTT 信號激活方式

SCHMID 內話以其穩定、可靠、安全的特點在民航業得到了廣泛的應用，銀川空管局于2008 安裝了一套ISC200/60 型SCHMID 內話，其PTT 啟動方式包括：正負電壓回路、負電壓、接地及幻象方式，如下圖所示：

圖4 SCHMID 內話PTT 工作方式

RS 電臺則因其結構緊湊，操作簡單，價格低廉的特點近年來得到了民航業的青睞，銀川分局遙控臺VHF 設備均采用了RS4200 型電臺，其PTT 工作方式包括正負電壓、正電壓與負電壓三種方式（見圖3(c)、(d)、(e)所示），具體工作方式可以通過電臺配置軟件進行選擇。

3.2 V 類E&M 信令下PTT 傳輸與控制

根據上文所述內話與電臺PTT 的工作方式，配合V 類E&M 信令，本文對內話端采用接地啟動PTT，電臺端選用-PTT OPTO/VOP 的方式對遙控臺的PTT 信號傳輸進行了設計與分析。

圖5 內話與電臺的PTT 連接及控制

上圖給出了ICS200/60 型內話與RS4200 型電臺的PTT 信號在遙控狀態下的連接方式。E&M 信令中M 線控制語音信號的發射，E 線控制語音信號的接收，因此內話端PTT 信號線接M 線。傳輸端發送來的PTT 信號接電臺端的E 線。通過上圖，內話端通過閉合開關使得M 線接地，從而產生PTT 信號。電臺端E 線檢測傳輸來的電壓信號，當E 線呈低阻態時（內話PTT 接地），光耦合器工作，電臺PTT 信號激活。簡言之，即通過內話端M線信號控制電臺端E 線呈高阻或低阻狀態，從而控制電臺PTT信號的啟動。

3.3 V 類E&M 信令下PTT 傳輸的思考

V 類E&M 信令下，內話端通過M 線控制電臺端E 線從而啟動電臺PTT 信號，在鍵控信號傳輸過程中傳輸設備起著關鍵作用，不僅為信號電平的衰減進行補償，還對E 線及M 線提供電壓及接地信號，因此在匹配內話與電臺端的電壓信號時需要對傳輸設備進行相應的設置，以確保設備運行正常。另外對于標準的E&M 信號，當中繼線路故障時極有可能出現遙控端電壓檢測單元檢測E 信號為零或負電壓，從而造成VHF 設備常發，因此在調試設備時需對PCM 設備軟件進行修改，以防止因線路故障導致的PTT 常發[4]。

E&M 信令的使用使得民航遙控臺通信得以實現，目前國內遙控臺信號的地面傳輸方式均為租用電信或其他網絡服務商的2M 鏈路進行中繼傳輸，終端為PCM 設備，實現話音信號的數字化及E1 的成幀處理，話音沒有壓縮，話音質量很高且基本沒有延時。相對于傳統的電信PCM 傳輸方式，IP 網絡技術發展迅速，帶寬利用率高且延時較小、價格低廉，可考慮作為民航VHF 話音傳輸的另一種手段。但需要考慮IP 網絡傳輸過程中語音信號與信令信號響應的實時性問題。對于PTT 啟動方式中的幻象啟動，因其信令信號疊加在語音信號上，對于IP 傳輸來說是一種不錯的選擇。

4 結論

本文分析了E&M 信令的工作方式與VHF 設備PTT 的啟動方式，并以SCHMID 內話與RS 電臺為例，研究了PTT 信號在E&M信令下的傳輸與控制。在遙控通信系統搭建過程中，需要詳細了解本地端和遙控端設備的PTT 信號控制方式，選擇正確的組合并根據設備的工作參數，匹配其電壓及接地信號才能使系統達到最優工作效能。隨著通信技術的發展，IP 網絡通信得到了廣闊的發展，對鍵控信號的IP 方式傳輸值得進行進一步的研究。只有深入的掌握設備的工作原理并不斷的更新、應用新技術才能更好的維護設備，才能更好的保障空管地空通信順暢。

[1]地空通信系統技術培訓教材[M].2009，6.

[2]趙建崗.E&M接口及信令[J].電力系統通信，1996(2).

[3]RS公司.R/S VHF TRANSCEIVER USER MANUAL.

[4]張建杰.E&M信令傳輸中電臺長發及話音失真現象分析[J].空中交通管理，2011(3).