利用銀訊綜合接入設備實現(xiàn)空管各臺站間最優(yōu)化組網(wǎng)傳輸?shù)难芯?/h1>
2017-04-20 00:44:57包永亮
科技視界 2017年1期
包永亮
【摘 要】隨著民航飛行架次日益增多，空管通信、導航、監(jiān)視設備臺站日益增多，業(yè)務的傳輸安全要求不斷提高，針對近期出現(xiàn)的各類傳輸或供電故障等原因引起的一些不安全事件，空管局已提出傳輸系統(tǒng)需要雙路傳輸、雙路供電，通過雙路傳輸，可保障重要業(yè)務不間斷通信傳輸，通過雙路供電減少因單一電源故障引起的整個系統(tǒng)癱瘓的風險，減少故障修復時間，更好的為管制員提供堅實、穩(wěn)定的空管設備保障。本文對空管現(xiàn)有各臺站的傳輸環(huán)境分類分析，在基于銀訊現(xiàn)有ZMUX-3036系列設備基礎上，將實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)組網(wǎng)的方案，達到相對安全為最終的目標。文中將呼倫貝爾空管站三個甚高頻遙控臺傳輸和將要建設的規(guī)劃中建設的七個臺為例進行分析研究。
【關鍵詞】E1通道；光纖；PCM
1 呼倫貝爾空管站甚高頻遙控臺現(xiàn)狀分析
PCM（pulse code modulation）是對連續(xù)變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產(chǎn)生的，即脈沖編碼調(diào)制，現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)大部分都是這樣的體制。PCM設備必須成對使用的，分為本場設備（一般放置在本地）和遙控臺設備（一般放置在遠處），中間通過光端機提供的E1通道進行數(shù)據(jù)傳輸。目前空管行業(yè)內(nèi)使用PCM設備主要傳輸業(yè)務有電話、熱線電話、RS232/RS422/RS485、以太網(wǎng)、雷達數(shù)據(jù)、甚高頻、氣象自觀、盲降、V.35或/和G.703同向64K數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)。
2 傳統(tǒng)PCM和改進型PCM技術核心
傳統(tǒng)PCM設備本身僅提供一個2048kbit/s數(shù)字傳輸接口（以下簡稱E1通道），且該E1通道不能實現(xiàn)遠距離傳輸，必須增加數(shù)字化傳輸設備，如：光端機、數(shù)字微波等才能實現(xiàn)遠距離通信的目的。由于30路語音及數(shù)據(jù)業(yè)務全部復用在一條2048kbit/s數(shù)字信號中，因此，當外部數(shù)字化傳輸信道出現(xiàn)故障時，所有業(yè)務將會全部中斷，造成設備傳輸?shù)乃袠I(yè)務均不能保持正常傳輸，降低了設備抵抗線路故障的能力，影響全部業(yè)務的正常運行。
對現(xiàn)有系統(tǒng)進行設計改造，保留目前通過光端機提供的E1通道進行傳輸，增加一路光傳輸冗余線路，構造出一種具有一光一電雙路由自動保護功能的PCM裝置（如圖1所示）。
由于在傳統(tǒng)PCM設備上增加了光端口相應的設備電路框圖進行增加相應的功能模塊（具體如圖2所示），在傳統(tǒng)PCM發(fā)送通道上，復/分接電路后端增加信號并發(fā)電路，將上行接收到的E1數(shù)據(jù)進行處理后送入到主備兩條E1鏈路，通過對數(shù)字中繼芯片的操作完成Sa bit插入，完成數(shù)據(jù)“并發(fā)”至下一模塊即編碼驅(qū)動電路和擾碼驅(qū)動電路內(nèi)，編碼驅(qū)動電路和擾碼驅(qū)動電路分別對應E1接口發(fā)送端和光纖接口發(fā)送端，擾碼驅(qū)動電路是由發(fā)擾碼電路和光線路驅(qū)動電路兩部分組成。在接收通道上，E1鏈路接口接收端數(shù)據(jù)和光纖接口接收端數(shù)據(jù)，分別經(jīng)過解碼處理單元和解擾碼處理單元在進入切換控制電路，解擾碼處理單元包括：線路均衡電路、時鐘再生電路、信號再生電路和擾碼電路等四部分組成。切換控制電路是核心模塊，負責完成根據(jù)狀態(tài)RAM讀出下一幀的狀態(tài)，決定下一幀輸出哪一路的數(shù)據(jù)至空管各業(yè)務端口，完成一次傳輸任務。切換的級別有LOS、AIS、LOF、MLOF、SLOF和誤碼，LOS的優(yōu)先級別最高因為此告警是光纜斷掉告警。
切換控制和切換時機選擇有兩個技術難點，第一單純根據(jù)告警信息進行切換導致切換不及時，由于鏈路的故障和誤碼是隨機發(fā)生的，在一幀間的任何時刻都可能發(fā)生，所以前一幀的對錯情況要根據(jù)當前序號接收正確與否進行判斷。當前幀的序號正確，說明前一幀的數(shù)據(jù)是完整正確的；當前幀的序號不正確，說明前一幀的數(shù)據(jù)是錯誤的，就要進行切換。如此可以避免由于根據(jù)告警來進行切換帶來的切換不及時。第二滑碼的影響，滑碼是指由于時鐘頻率的偏差引起碼元的漏讀與重讀，相應地導致數(shù)碼的丟失與增加。滑碼時將有一幀的重復或者丟失，造成序號錯誤，在接收端采用每幀都計算序號的方法，可以在當前選通鏈路發(fā)生滑碼時及時地切換到另一條路由，消除了滑碼對數(shù)據(jù)的損傷。數(shù)據(jù)的接收是在一幀的基礎上進行的，相應的兩條信號相位調(diào)整之后的輸出也是在一幀的基礎上進行的。切換在每一幀開始的位置進行，保證了數(shù)據(jù)的完整性。設備必須需要支持手動切換功能，當檢測到強制切換按鍵按下后，由當前E1鏈路強制切換到另一條E1鏈路。按鍵在正常情況下是高電平，按下后變?yōu)榈碗娖健?/p>
PCM系統(tǒng)改進后的優(yōu)點：不增加數(shù)字化傳輸設備能直接通過光纖鏈路接口實現(xiàn)遠距離傳輸，減少設備種類，降低系統(tǒng)成本；切換控制電路可在E1鏈路接口和光纖鏈路接口之間進行自動切換，當E1鏈路接口和光纖鏈路接口同時使用時，只要其中一個鏈路接口工作正常、設備傳輸?shù)乃袠I(yè)務均能維持正常，能增強設備抵抗線路故障的能力；單獨使用光纖鏈路接口或E1鏈路接口均能正常傳輸所有業(yè)務，增加適用范圍。
3 遙控臺建設及幾種采用的組網(wǎng)方式
建設一個遙控臺幾個要點如建設臺站交通情況、供電級別、供電路數(shù)量是否有發(fā)電機組、外界的傳輸線路、機房溫濕度、防雷接地、消防、安防、機房管理等等，我們此次最優(yōu)化通信傳輸只需研究外界的傳輸線路情況。
環(huán)境一：本場到遙控臺能提供兩路E1通道，或目前能提供一路，將來計劃在建設一路E1通道或一路可以架設微波通信系統(tǒng)最終可實現(xiàn)兩路E1通道。這種環(huán)境存在于中小型機場和空管分局站，這類地區(qū)普遍存在管制地域遼闊，沒有自己鋪設的光纜，必須租用運營商提供的E1通道遙控臺與本場進行數(shù)據(jù)傳輸。針對上述情況，使用銀訊綜合接入設備ZMUX-3036，即雙E1通道保護綜合接入設備。正常情況下，系統(tǒng)選用主用E1通道傳輸；當主用E1通道故障，系統(tǒng)自動切換到備用E1通道傳輸；當主用E1通道恢復正常，系統(tǒng)自動切換回主用E1通道傳輸。這種傳輸方式實現(xiàn)了業(yè)務無縫切換，斷一條線路不影響業(yè)務傳輸，不用人工進行切換線路（如圖3所示）。
環(huán)境二：本場到遙控臺能提供一路光纖與一路E1通道，或目前能提供其中一路，將來可提供另一路通道。這種環(huán)境也存在于中大型機場場內(nèi)，有自己鋪設的光纜也有運行商的線路或者滿足微波架設條件（兩臺間可以目視可見、無遮擋、對其他無線電設備的電磁環(huán)境無影響，同時也滿足現(xiàn)有的無線電設備對微波無影響），在這種環(huán)境下可以提供一路光纖一路E1通道。針對上述情況，使用銀訊綜合接入設備ZMUX-3036ES，即一光一電保護綜合業(yè)務接入設備，（如能提供一路光纖與一路E1通道，只要其中一路正常，用戶業(yè)務都能正常工作）。默認主用通道為光纖，備用通道為E1。光纖為主用鏈路口，E1為備用鏈路口，正常情況下，系統(tǒng)選用光纖通道傳輸；當光纖通道故障，系統(tǒng)自動切換到E1通道傳輸；當光纖恢復正常，系統(tǒng)自動切換回光纖通道傳輸（如圖4所示）。
環(huán)境三：本場到遙控臺能提供兩路光纖通道或目前只能提供一路，將來可提供兩路光纖主備保護。目前這種環(huán)境存在于中大型機場場內(nèi)或地區(qū)空管局各中心之間連接，在某一個范圍內(nèi)臺站間使用的均是光纜，兩路不同路由的光纜接入，或目前有一條光纜，計劃建設另一條光纜的環(huán)境。針對上述情況，應使用ZMUX-3036S2，即雙光保護綜合業(yè)務接入設備，（雙光保護指兩路直通光纖，只要其中一路光纖正常，用戶業(yè)務都能正常工作）。正常情況下，系統(tǒng)選用主用光纖傳輸；當主用光纖故障，系統(tǒng)自動切換到備用光纖傳輸；當主用光纖恢復正常，系統(tǒng)自動切換回主用光纖傳輸（如圖5所示）。
圖3 改進后2路E1通道PCM設備電路框圖
圖4 改進后一光纖一電（微波）PCM設備電路框圖
圖5 改進后3路光纖PCM設備電路框圖
4 總結
在我國民航業(yè)飛速發(fā)展下，空管綜合接入設備系統(tǒng)也適應新的環(huán)境不斷改進，為保障每量航班正常做出自己的貢獻。PCM技術是20世紀70年代末發(fā)展起來的技術，原理比較簡單，但是滿足空管數(shù)據(jù)傳輸特點，空管數(shù)據(jù)特點是數(shù)據(jù)信息量小、要求穩(wěn)定性和及時性強、安全傳輸級別又高，因此在傳輸環(huán)節(jié)的重視度遠遠重于終端設備技術的新穎。希望通過本文在遙控臺建設中，傳輸條件各異的情況下，為選擇最優(yōu)的組網(wǎng)傳輸方案提供一些參考。
[責任編輯：田吉捷]
包永亮
【摘 要】隨著民航飛行架次日益增多，空管通信、導航、監(jiān)視設備臺站日益增多，業(yè)務的傳輸安全要求不斷提高，針對近期出現(xiàn)的各類傳輸或供電故障等原因引起的一些不安全事件，空管局已提出傳輸系統(tǒng)需要雙路傳輸、雙路供電，通過雙路傳輸，可保障重要業(yè)務不間斷通信傳輸，通過雙路供電減少因單一電源故障引起的整個系統(tǒng)癱瘓的風險，減少故障修復時間，更好的為管制員提供堅實、穩(wěn)定的空管設備保障。本文對空管現(xiàn)有各臺站的傳輸環(huán)境分類分析，在基于銀訊現(xiàn)有ZMUX-3036系列設備基礎上，將實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)組網(wǎng)的方案，達到相對安全為最終的目標。文中將呼倫貝爾空管站三個甚高頻遙控臺傳輸和將要建設的規(guī)劃中建設的七個臺為例進行分析研究。
【關鍵詞】E1通道；光纖；PCM
1 呼倫貝爾空管站甚高頻遙控臺現(xiàn)狀分析
PCM（pulse code modulation）是對連續(xù)變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產(chǎn)生的，即脈沖編碼調(diào)制，現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)大部分都是這樣的體制。PCM設備必須成對使用的，分為本場設備（一般放置在本地）和遙控臺設備（一般放置在遠處），中間通過光端機提供的E1通道進行數(shù)據(jù)傳輸。目前空管行業(yè)內(nèi)使用PCM設備主要傳輸業(yè)務有電話、熱線電話、RS232/RS422/RS485、以太網(wǎng)、雷達數(shù)據(jù)、甚高頻、氣象自觀、盲降、V.35或/和G.703同向64K數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)。
2 傳統(tǒng)PCM和改進型PCM技術核心
傳統(tǒng)PCM設備本身僅提供一個2048kbit/s數(shù)字傳輸接口（以下簡稱E1通道），且該E1通道不能實現(xiàn)遠距離傳輸，必須增加數(shù)字化傳輸設備，如：光端機、數(shù)字微波等才能實現(xiàn)遠距離通信的目的。由于30路語音及數(shù)據(jù)業(yè)務全部復用在一條2048kbit/s數(shù)字信號中，因此，當外部數(shù)字化傳輸信道出現(xiàn)故障時，所有業(yè)務將會全部中斷，造成設備傳輸?shù)乃袠I(yè)務均不能保持正常傳輸，降低了設備抵抗線路故障的能力，影響全部業(yè)務的正常運行。
對現(xiàn)有系統(tǒng)進行設計改造，保留目前通過光端機提供的E1通道進行傳輸，增加一路光傳輸冗余線路，構造出一種具有一光一電雙路由自動保護功能的PCM裝置（如圖1所示）。
由于在傳統(tǒng)PCM設備上增加了光端口相應的設備電路框圖進行增加相應的功能模塊（具體如圖2所示），在傳統(tǒng)PCM發(fā)送通道上，復/分接電路后端增加信號并發(fā)電路，將上行接收到的E1數(shù)據(jù)進行處理后送入到主備兩條E1鏈路，通過對數(shù)字中繼芯片的操作完成Sa bit插入，完成數(shù)據(jù)“并發(fā)”至下一模塊即編碼驅(qū)動電路和擾碼驅(qū)動電路內(nèi)，編碼驅(qū)動電路和擾碼驅(qū)動電路分別對應E1接口發(fā)送端和光纖接口發(fā)送端，擾碼驅(qū)動電路是由發(fā)擾碼電路和光線路驅(qū)動電路兩部分組成。在接收通道上，E1鏈路接口接收端數(shù)據(jù)和光纖接口接收端數(shù)據(jù)，分別經(jīng)過解碼處理單元和解擾碼處理單元在進入切換控制電路，解擾碼處理單元包括：線路均衡電路、時鐘再生電路、信號再生電路和擾碼電路等四部分組成。切換控制電路是核心模塊，負責完成根據(jù)狀態(tài)RAM讀出下一幀的狀態(tài)，決定下一幀輸出哪一路的數(shù)據(jù)至空管各業(yè)務端口，完成一次傳輸任務。切換的級別有LOS、AIS、LOF、MLOF、SLOF和誤碼，LOS的優(yōu)先級別最高因為此告警是光纜斷掉告警。
切換控制和切換時機選擇有兩個技術難點，第一單純根據(jù)告警信息進行切換導致切換不及時，由于鏈路的故障和誤碼是隨機發(fā)生的，在一幀間的任何時刻都可能發(fā)生，所以前一幀的對錯情況要根據(jù)當前序號接收正確與否進行判斷。當前幀的序號正確，說明前一幀的數(shù)據(jù)是完整正確的；當前幀的序號不正確，說明前一幀的數(shù)據(jù)是錯誤的，就要進行切換。如此可以避免由于根據(jù)告警來進行切換帶來的切換不及時。第二滑碼的影響，滑碼是指由于時鐘頻率的偏差引起碼元的漏讀與重讀，相應地導致數(shù)碼的丟失與增加。滑碼時將有一幀的重復或者丟失，造成序號錯誤，在接收端采用每幀都計算序號的方法，可以在當前選通鏈路發(fā)生滑碼時及時地切換到另一條路由，消除了滑碼對數(shù)據(jù)的損傷。數(shù)據(jù)的接收是在一幀的基礎上進行的，相應的兩條信號相位調(diào)整之后的輸出也是在一幀的基礎上進行的。切換在每一幀開始的位置進行，保證了數(shù)據(jù)的完整性。設備必須需要支持手動切換功能，當檢測到強制切換按鍵按下后，由當前E1鏈路強制切換到另一條E1鏈路。按鍵在正常情況下是高電平，按下后變?yōu)榈碗娖健?/p>
PCM系統(tǒng)改進后的優(yōu)點：不增加數(shù)字化傳輸設備能直接通過光纖鏈路接口實現(xiàn)遠距離傳輸，減少設備種類，降低系統(tǒng)成本；切換控制電路可在E1鏈路接口和光纖鏈路接口之間進行自動切換，當E1鏈路接口和光纖鏈路接口同時使用時，只要其中一個鏈路接口工作正常、設備傳輸?shù)乃袠I(yè)務均能維持正常，能增強設備抵抗線路故障的能力；單獨使用光纖鏈路接口或E1鏈路接口均能正常傳輸所有業(yè)務，增加適用范圍。
3 遙控臺建設及幾種采用的組網(wǎng)方式
建設一個遙控臺幾個要點如建設臺站交通情況、供電級別、供電路數(shù)量是否有發(fā)電機組、外界的傳輸線路、機房溫濕度、防雷接地、消防、安防、機房管理等等，我們此次最優(yōu)化通信傳輸只需研究外界的傳輸線路情況。
環(huán)境一：本場到遙控臺能提供兩路E1通道，或目前能提供一路，將來計劃在建設一路E1通道或一路可以架設微波通信系統(tǒng)最終可實現(xiàn)兩路E1通道。這種環(huán)境存在于中小型機場和空管分局站，這類地區(qū)普遍存在管制地域遼闊，沒有自己鋪設的光纜，必須租用運營商提供的E1通道遙控臺與本場進行數(shù)據(jù)傳輸。針對上述情況，使用銀訊綜合接入設備ZMUX-3036，即雙E1通道保護綜合接入設備。正常情況下，系統(tǒng)選用主用E1通道傳輸；當主用E1通道故障，系統(tǒng)自動切換到備用E1通道傳輸；當主用E1通道恢復正常，系統(tǒng)自動切換回主用E1通道傳輸。這種傳輸方式實現(xiàn)了業(yè)務無縫切換，斷一條線路不影響業(yè)務傳輸，不用人工進行切換線路（如圖3所示）。
環(huán)境二：本場到遙控臺能提供一路光纖與一路E1通道，或目前能提供其中一路，將來可提供另一路通道。這種環(huán)境也存在于中大型機場場內(nèi)，有自己鋪設的光纜也有運行商的線路或者滿足微波架設條件（兩臺間可以目視可見、無遮擋、對其他無線電設備的電磁環(huán)境無影響，同時也滿足現(xiàn)有的無線電設備對微波無影響），在這種環(huán)境下可以提供一路光纖一路E1通道。針對上述情況，使用銀訊綜合接入設備ZMUX-3036ES，即一光一電保護綜合業(yè)務接入設備，（如能提供一路光纖與一路E1通道，只要其中一路正常，用戶業(yè)務都能正常工作）。默認主用通道為光纖，備用通道為E1。光纖為主用鏈路口，E1為備用鏈路口，正常情況下，系統(tǒng)選用光纖通道傳輸；當光纖通道故障，系統(tǒng)自動切換到E1通道傳輸；當光纖恢復正常，系統(tǒng)自動切換回光纖通道傳輸（如圖4所示）。
環(huán)境三：本場到遙控臺能提供兩路光纖通道或目前只能提供一路，將來可提供兩路光纖主備保護。目前這種環(huán)境存在于中大型機場場內(nèi)或地區(qū)空管局各中心之間連接，在某一個范圍內(nèi)臺站間使用的均是光纜，兩路不同路由的光纜接入，或目前有一條光纜，計劃建設另一條光纜的環(huán)境。針對上述情況，應使用ZMUX-3036S2，即雙光保護綜合業(yè)務接入設備，（雙光保護指兩路直通光纖，只要其中一路光纖正常，用戶業(yè)務都能正常工作）。正常情況下，系統(tǒng)選用主用光纖傳輸；當主用光纖故障，系統(tǒng)自動切換到備用光纖傳輸；當主用光纖恢復正常，系統(tǒng)自動切換回主用光纖傳輸（如圖5所示）。
圖3 改進后2路E1通道PCM設備電路框圖
圖4 改進后一光纖一電（微波）PCM設備電路框圖
圖5 改進后3路光纖PCM設備電路框圖
4 總結
在我國民航業(yè)飛速發(fā)展下，空管綜合接入設備系統(tǒng)也適應新的環(huán)境不斷改進，為保障每量航班正常做出自己的貢獻。PCM技術是20世紀70年代末發(fā)展起來的技術，原理比較簡單，但是滿足空管數(shù)據(jù)傳輸特點，空管數(shù)據(jù)特點是數(shù)據(jù)信息量小、要求穩(wěn)定性和及時性強、安全傳輸級別又高，因此在傳輸環(huán)節(jié)的重視度遠遠重于終端設備技術的新穎。希望通過本文在遙控臺建設中，傳輸條件各異的情況下，為選擇最優(yōu)的組網(wǎng)傳輸方案提供一些參考。
[責任編輯：田吉捷]
