基于VOIP技術在空管甚高頻通信系統的應用

劉日峰

摘要：VOIP技術使用互聯網協議在網絡上實現語音傳輸，通過對語音信號進行數字化編碼、壓縮、并以數據封包的形式在互聯網上進行實時傳輸。基于VOIP技術進行的組網后，系統的可靠性大大提高，后期維護簡單，可進行靈活配置。目前，ICAO、FAA、EUROCAE等國際民航組織正在逐步推廣基于IP的通信協議和組網互聯技術，以提高地空通信能力， 本文將驗證基于EUROCAE制定的ED137、138協議的VOIP VHF與內話系統互聯技術的可行性。

關鍵詞：VOIP;空管甚高頻通信系統

地空通信是整個空管系統運行中最重要的環節，目前的空管語音通信系統是基于模擬或數字混合技術，采用點對點線路，有限的通訊能力制約著空管運行效率和飛行安全。現代空管系統高度依賴信息技術，歐美航空發達國家于2005 年相繼提出了下一代航空運輸系統規劃，現階段正逐步推廣基于IP 的通信協議和組網互聯技術，以提高地空通信能力，為新一代空管系統建設奠定基礎。

VOIP又被稱為IP 網絡電話，它是建立在IP 技術上分組化與數字化的傳輸技術。具體來講就是將模擬的聲音進行數字化，并通過一定的加工，以數據包的形式在IP 網絡中進行實時傳輸，它是一種可以在IP 網絡上相互傳送模擬語音信號或可視化信號。

為快速推進華北地區地空通信VOIP 技術測試和實施進程，結合華北地區各空管單位現有內話系統、甚高頻系統和傳輸系統資源，通過搭建測試設備和平臺，對甚高頻設備與內話系統間VOIP技術互聯進行測試和技術驗證，并提供給管制用戶進行實際指揮通信使用。

一、設計思路

在EUROCAE 制定的ED136、137、138協議的基礎上，搭建北京區管中心Frquentics3020X 7.1內話系統與鄂爾多斯甚高頻RS 4200 設備的IP 網絡鏈路， 北京區管中心Frquentics3020X 7.1 內話系統提供IP 接口和相應網關設備，鄂爾多斯甚高頻遙控臺提供4 信道RS 4200 設備提供符合ED-137 協議的IP 接口，同時配置相應網關設備VCX-IP。具體網絡拓撲圖1如下所示：

（一）設備選型

在設備選型上，通過設備的國產化及產品的性能比較，北京和鄂爾多斯甚高頻臺站的網絡設備均采用華為AR3260 路由器，路由器配置為SRU40 板卡（業務路由單元40 板，3GEWAN，2 USB，3 DSP 插槽），350W 電源交流模塊，，E1 辦卡，以太網板卡。

（二）路由器E1 鏈路配置及IP 接口配置

北京區管華為路由器配置信息

controller E1 1/0/0

using e1 //配置CE1/PRI 接口工作在E1 方式

description ACC //該接口為北京ACC 側接口

line-termination 75-ohm //配置E1 接口所連接的線

纜類型

clock master //配置接口的時鐘模式，DCE 配置為主模式，

DTE 配置為從模式

鄂爾多斯華為路由器配置信息

controller E1 1/0/0 //該接口配置同上，時鐘模式不需要配置，

默認工作在從模式

using e1

description EEDS

line-termination 75-ohm

北京區管華為路由器

interface Serial1/0/0：0

link-protocol ppp//配置鏈路層接口采用PPP 協議進行通

信

ip address 172.16.0.1 255.255.255.0 //按照規劃配置對應

IP 地址

interfaceGigabitEthernet0/0/9

ip address 10.30.20.1 255.255.255.0

路由信息：

ip route-static 0.0.0.0 0 172.16.0.3

鄂爾多斯華為路由器

interface Serial1/0/0：0

link-protocol ppp //配置鏈路層接口采用PPP 協議進行通

信

ip address 172.16.0.3 255.255.255.0 //按照規劃配置對應IP 地址

interfaceGigabitEthernet0/0/9

ip address 192.168.0.1 255.255.255.0

路由配置

ip route-static 0.0.0.0 0 172.16.0.1

二、驗證過程

（一）模擬測試

在北京區管進行模擬測試時，無法模擬鄂爾多斯甚高頻電臺。故使用E1 線路模擬聯通專線，使用Laptop 模擬甚高頻電臺來獲取VOIP 報文，測試連通性，測網絡時延。模擬網絡架構如下圖2.1 所示：

按照上述拓撲，搭建完成網絡配置后，使用Laptop 去ping北京區管內話系統的地：10.20.20.220，即結果如下圖2.2 所示：

結果分析：可通信，并且通信時延是3～4ms，滿足民航甚高頻通信系統的要求。

（二）呼叫測試

在北京區管中心，主動呼叫測試用戶鄂爾多斯端，在測試Laptop 上面，針對通信進行抓包，由于Laptop 無法模擬SIP 被叫方與主叫建立SIP 會話，故回復ICMP 端口不可達報文。結果如圖2.3。

結果分析：可以看到SIP 的會話請求報文如下，被叫用戶：

TxRx_M@192.168.0.100 被叫IP：192.168.0.100，呼叫可以建立。

（三）語音呼叫測試

在確保北京區管至鄂爾多斯甚高頻臺鏈路正常的情況下，北京區管中心Frequentis 7.1 內話系統提供ED-137 IP 數字接口。在內蒙鄂爾多斯甚高頻臺選取3-4 個信道（北京高空扇區備用頻率、呼和中低空備用頻率）設備，每信道主、備機分別提供ED-137 IP 數字接口。在北京區管管制大廳設置一個測試管制席位，對席位面板進行相應配置，并保存該席位測試過程中的通話錄音以供技術人員對語音質量進行事后分析。

測試結果及分析：對120.5、134.25MHz 頻率進行測試ORDOS 端使用貝克模擬機組對該頻率進行測試，貝克發送測試語音信號，ACC 內話收信號質量良好;ACC 內話模擬管制員發指令，ORDOS 端貝克收到語音信號，并且信號清晰，聲音正常，但電臺的調制度過低，一直維持在40 以下，且大起大落，雖然啟控燈一直亮，但外放音響語音信號聲音斷續嚴重。隨后電臺廠家與內話廠家就該問題進行交流，ACC 內話對IP打包周期進行調整后再測試，電臺調制度有改觀，最大上升至80，但外放音響播放的聲音依舊斷續嚴重，根據內話值班員反映測試過程中系統中出現了紅色斷線告警。

三、總結

我們通過試驗驗證了VOIP 技術在民航甚高頻通信系統應用的可行性，它具有延時低，施工工藝簡單，避免了局端與遠端的布線，節省了空間，減少了故障點，提高了系統的運行效率。但同時也存在不足，TCP/IP 協議與RS 發信機的啟控協議，EUROCAE 制定的ED136、137、138 通信協議的兼容性有待提高，發信機無法正常啟控，使得甚高頻通信系統使可靠性及穩定性降低。下一階段我們將深入研究EUROCAEED 制定的ED136、137、138 協議內容和RS 發信機的啟控協議、機制，提高TCP/IP 協議與EUROCAEED 制定的ED136、137、138協議內容和RS 發信機的啟控協議兼容性，爭取這項技術在不久的將來能夠在民航甚高頻領域得到廣泛應用。

參考文獻：

[1]《VoIP 技術在民航通信系統中的應用》閆磊2018

[2]《VoIP 技術在民航VHF 通信系統中的發展與應用》王熠2016

[3]《VOIP 技術在VHF 通信系統中的實現機制》胡石根，謝來陽2018