基于大區域運行模式的甚高頻通信可靠性分析

摘要：甚高頻通信模式是遠程、大規模通信的核心，它對高可靠度的要求很高。通過建立主、備用、應急等多個立體聲傳輸模式，增強了 VHF通信的可靠性。本論文的重點是對 VHF通信的完整性進行研究，并對其可靠性進行數學建模，同時對其進行改進，以期為相關工作提供參考。

關鍵詞：大區域運行模式；高頻通信；可靠性

李晶（1992.06-），女，漢族，青海海東，本科，工程師，研究方向：民航通信工程。

隨著我國經濟和社會的發展，航空工業的安全發展受到了越來越多的重視。中國在廣州，北京，上海，成都，西安等地設立了多個區域監控中心，以增強大范圍的運營能力，同時也為航空公司VHF通信的可靠性研究創造良好條件。

一、甚高頻通信系統簡介

（一）民航數據通信系統概述

隨著中國航空業的迅速發展以及科學技術的飛速發展，中國民航數據通信服務規模也在迅速增長。但就現有的話音通信技術而言，由于通信通道擁擠，通信過程容易受人為干擾，嚴重影響了飛機的飛行安全與規劃。因此，在這樣的大環境下，地面與空中數據通信系統得到了廣泛應用，因為它具有較高的傳輸速度和抗干擾能力。地空數據通信系統是一種低誤比特率、高可靠性的通信系統。中國的數據通信技術為航空運輸系統提供了ATM、X.25/HDLC/SDLC、IP和語音等多個功能，為民用航空和專用網絡的互聯互通提供了基礎。這使得數據通信技術在民用航空領域得到了廣泛應用，為中國民航各大機場的業務提供了較好的數據支撐和專用專線服務。它有助于協助航空公司完成交換機聯網、語音撥號等業務，并可針對民航空管業務的具體需求，提供不同規模、不同業務的 VPN應用需求。

（二）民航甚高頻通信系統內涵

VHF通信是民用航空通信中的關鍵環節。VHF通信系統在民用航空中扮演著重要角色，能夠提供民用飛機起飛所需的信息，并實現飛機與飛機、飛機與控制中心的數據交流和通信，從而使民航的雙向信息傳遞更加完善。因此，飛行員要熟練運用VHF通信技術，并能適應不同的工作需求。一般情況下，民用VHF的VHF頻率是118.000MHz～137.975MHz，而在通信期間，VHF的間隔區間為25kHz。這種頻率和間隔的限制會對VHF系統的使用產生一定的影響，需要采用合理的方法來解決這些問題。

二、民航甚高頻通信系統無線電干擾的類型及成因分析

（一）互調干擾

互調干擾主要是由于電路的非線性引起的。根據其位置的不同，可將其分成發送端和接收端兩類。后者主要是指兩個以上的干擾信號結合在混合器的輸入上所構成的。在第一種情況下，主要是由于發射機其它通道的傳輸信號與終端設備相連，所以在功率放大器電路中發送的信號經過調制而得到新的頻率組合。這個干擾信號和一個有用的信號塊一起被傳輸，這樣就構成了一個發送器的互調干擾。而互調干擾，不但會對 VHF通信系統的通話品質有很大的影響，而且會使信號失真，使塔臺與機載通信中斷，嚴重影響地面通信。

（二）交調干擾

民航甚高頻（VHF）通信系統無線電干擾是指在航空通訊中，通過VHF頻段進行的無線電通訊受到意外的電磁波干擾，導致通信質量下降或無法正常進行通訊的現象。其中一種類型的干擾是交調干擾。交調干擾是指在飛機內部或周圍環境中發生的電子設備間相互之間的干擾。其成因主要有以下幾個方面：第一，飛機設備問題。飛機內設備的磨損或故障可能會產生電磁輻射，干擾相鄰設備的正常工作。第二，電磁兼容性問題，飛機上安裝的不同設備和系統之間需要有效的電磁兼容性來避免干擾。如果這些設備未能滿足相關的電磁兼容性標準，就可能在使用過程中產生交調干擾。第三，飛機外部環境干擾。飛機處于復雜的電磁環境中，如雷暴、雷達信號或其他無線電源等。這些外界因素可能會影響飛機內部無線電設備的正常工作，從而導致交調干擾的發生。第四，人為因素。人為操作不當、設計缺陷或維護問題均可能引發交調干擾。

（三）副波道干擾

這種中頻通道是由干擾與局部相結合而構成的，它既是子波道，也是寄生通道。在這些信號中，子信道的干擾是最多的，而在中頻和圖像方面的干擾則是最多的。當干擾信號與接收器的中頻頻率相近或相等時，就會產生中頻干擾。當干擾頻率與所接收的頻譜相對應時，就會產生圖像干擾。

（四）阻塞干擾

高功率的無線電波若接近接收機，會使接收端受到強烈訊號的干擾，若訊號受到干擾，則訊號的振幅會大幅下降，甚或不能接收，會嚴重影響接收機的正常工作。

三、民航甚高頻通信系統的問題及相關的原因

無線電磁環境對 VHF通信的影響非常顯著，主要表現為各種干擾，包括互調干擾、交調干擾、子信道干擾和阻塞干擾等。其中，互調干擾是由于電路的非線性而產生的。互調干擾主要分為發送器和接收器兩種類型，根據發生干擾的位置不同而有所區分。在混合器的輸入端，通常會有兩種以上的干擾信號共同作用，從而導致互調干擾的產生。發射器型干擾的產生主要是由于發射端的發射信號。由于功率放大電路還傳送信號，兩個發射信號都有一個新的頻率組合，因此，有效的信號會被傳送到新的混合信號和新的混合信號中，從而產生了一個發射模式之間的相互干擾。如果接收機離大功率的無線電臺過近，就會出現嚴重的信號干擾現象。當干擾非常強烈時，信號被截斷，有效信號的輸出會受到很大影響，導致接收器無法正常工作，從而對接收器造成重大影響。這是一種阻止正常接收的方法。子信道或雜散通道的產生是由于與本機振蕩器的相位結合造成的。在常見的日常干擾中，子通道干擾是最普遍的一種。IF干擾是由干擾信號造成的，它與接收器的 IF頻率一樣。另外，當干擾的頻率位于圖像的位置時，就會產生圖像干擾。

四、甚高頻通信系統可靠性方面的影響因素

（一）VHF通信設備因素

為了保障 VHF通信系統的可靠運行，首先要保證通信設備自身的品質。在 VHF通信中，硬件設備是實現無線通信的物質基礎。只有確保系統的整體性能和良好的性能，才能確保系統的實時、可靠。在民航行業，民航公司的客戶是一般民眾，而航空公司則是民航公司的客戶。目前，我國民航企業的資本儲備水平還存在著一定的差距。在VHF通信中，設備質量、日常維護與維護是影響通信質量的關鍵。另外，民用 VHF通信設備除了系統設備外，還包括一系列的地面通信設備。這些儀器的質量與完整性將對地面與空中通信的質量和效率產生重要影響。如果出現故障，可能會引起技術人員進行錯誤的技術判斷，從而產生嚴重后果。這是影響飛機飛行和指揮安全的一個重要因素。

（二）互調干擾

民用 VHF通信線路具有很強的非線性特性，因此很容易產生互調干擾。由于互調干擾的存在，將會對 VHF通信系統的安全性產生不利影響，從而導致信號不穩定，甚至導致控制臺失去對飛機的控制，給民航的正常運行帶來很大的危害。互調干擾可分為發送端干擾和接收端干擾兩類。盡管兩種干擾有不同的起因，但都會產生較大的互調干擾，對飛機的正常運行產生一定影響。

（三）地空通信電臺干擾

航空公司的高風險使得其安全問題日益突出。當前，民航通信安全、運營安全等問題越來越受到人們的重視。隨著計算機、通信、智能等技術的不斷發展， EMI問題日益凸顯。我國正面臨著日益嚴峻的無線和 EMI等問題。民用航空 VHF地面通信系統在使用時，若出現 EMI，將會對地面與空中的通信造成直接的影響。其最直接的后果就是飛行員不能清晰地接到控制人員的指示，控制人員也不能與駕駛員進行有效交流，從而導致飛機飛行安全問題。另外，若民用 VHF地面通信臺在通信過程中遇到其它外界信號的干擾，如惡劣天氣、突發事件等，無法及時應對，將會造成嚴重的航空安全事故。在此背景下，為改善民航 VHF通信系統的工作效率，必須解決干擾問題，并制定相應的優化措施。

（四）終端設備故障

在民用航空 VHF通信中，除設備本身的品質及干擾因素之外，終端故障對 VHF通信的可靠性有很大的影響。在系統的運行中，若操作終端發生故障，將會引起多個部件的失效，嚴重的可能造成整個系統的崩潰。當出現故障時，要進行定位和排除，依據技術說明書對故障原因進行分析，并據此制訂相應的解決辦法。除常見的故障外，終端設備也有可能出現異常觸摸、線路異常、通信語音等問題，必須依據系統的類型來確定故障的具體部位，以確定故障的原因，如有異常的參數或零件，則需依據判斷進行維修和替換。

五、提高甚高頻通信可靠性的方法

（一）建立異地備份甚高頻臺

遠程備份是指在不同的位置，根據通信數據的采集需求，建立多個 VHF備用站。更多的號碼意味著更安全的交流。中國西北空管理局和西安空管中心對高海拔地區實施了“雙覆蓋”，以保證各地區的“扇區”覆蓋。若在所要覆蓋的地區中設有三個以上的頻段，則可實現99%的裝備保障。

（二）多個相互獨立運營商提供通信傳輸鏈路

遠程備份的目的是提高通信傳輸的可靠性，特別是在傳輸鏈路容易出現故障的情況下。以某中國航空公司為例，其采用的運行方式為“雙鏈路”。在VHF主傳送裝置FA16的傳輸鏈路上，有兩個傳輸鏈路與不同的運營商相連。通過使用不同運營商的傳輸鏈路，可以降低單一運營商傳輸鏈路故障對通信的影響。這種方式可以提高主要傳輸鏈路的可靠性。在VHF后備傳送裝置FA36傳輸鏈路中，主要使用KU和C頻段進行傳輸。這樣可以實現VHF空對地后備呼叫。采用不同頻段的傳輸鏈路可以進一步提高通信系統的可靠性。

（三）將業務接入至不同的設備

通過對并聯結構的分析，得出了并聯結構對提高系統的可靠性有很大的影響。在不同的扇區和位置之間建立并聯連接時，應根據實際需求進行選擇，以確保各模塊間的備份和冗余。此外，在為了保證并聯的合理性，還必須考慮到所需的電纜和供電的形式。

（四）減少高頻信號傳輸環節

為了增強超高發射信號的強度，必須在發射時增加串聯鏈路，并對其進行可靠性分析。如果要減小信號傳送鏈路，可以實現多跳的信號傳送。這意味著信號會經過多個中繼站傳送，從而增加了傳送的距離和路徑，但也增加了信號的傳輸時間和可能的干擾。通過對西北 VHF遠程控制臺所采集到的數據進行分析，發現其信號的傳遞比較有條理，這說明該系統的傳送路徑較為簡化和優化。為了改善傳送系統的性能，可以采用一般的接收和傳送方式，而不是采用特定的串行方式。國內的 VHF通信系統采用FA16和FA36，這是串行方式的協議。為了提高高頻信號的傳輸可靠性，必須對其進行簡化，減少多跳的概率，并增加共用的發射和接收方式。

（五）提高內話系統的可靠性

本區域主要采用傳輸、VHF及內部控制中心等方式。為了提高VHF通信系統的可靠性，必須對本地區的年度可靠度進行統計，找出整體可靠性，在VHF通信系統中加入對講系統的并行方式，以提高系統的可靠性。

（六）加強異地備份工作

加強民航 VHF通信系統的遠程后備工作，是保障 VHF通信系統可靠度的重要保障。根據不同地區的特殊條件，可以進行VHF通信平臺備份工作，特別是在相同區域內。備份可以在不同位置進行，以確保VHF通信系統的可靠性。在備份過程中，需要根據本區域的特點對 VHF通信平臺進行控制。一般而言，備份的平臺數量在3個左右是適宜的。這樣的備份工作可以為民用 VHF通信系統提供可靠的保障。在高空扇區的遠程備份中，扇區的工作狀況是保證通信質量的關鍵。通常情況下，兩個VHF通信平臺都是必需的。經試驗和分析表明，在相同扇區下使用多個VHF通信平臺是影響穩定性的重要因素。增加民用VHF通信平臺的數量既可以降低信道干擾，也可以確保VHF通信系統的可靠性，進而確保飛機的安全運行。

（七）注重優化通信干線

為了保證民用 VHF通信系統的可靠度，必須著重對通信干線進行優化，以解決主干線布線時的不穩定問題。在前期的準備工作中，維修技術人員要對主干線的運行狀況進行統計，并對故障信息進行匯總，同時對通信網的主干進行處理。在這個階段，我們要堅持實事求是的基本方針。為了保證民用VHF通信系統的可靠性，必須結合不同的供貨商，對不同的通信線路進行分析和理解。比如在通信干線優化時，可以充分利用雙主干線的優點，將電信網和聯通網相結合，二者均為2M線。這樣的模型在實際中具有明顯的優勢。當主干線出現故障時，備用中繼能及時傳送信息。該方法以衛星為主要傳輸手段，采用雙主干線，能有效避免外部因素的影響，并能有效保障VHF通信系統的正常工作，防止信息丟失。

（八）加強頻率管理

對于民航VHF地空通信面臨的多種干擾因素影響，我們需要進行全面的分析和優化。單一的方法和技術無法徹底解決這些問題，因此需要從基層治理著手，全面剖析，找出問題的根本原因，并結合已有的技術不斷改進和完善頻率管理。為降低同頻干擾，我們需要保證射頻保護率遠遠高于接收機輸入，同時降低干擾信號的強度，使其不大于射頻信號的50%。另外，在進行頻率控制時，必須對 RF的保護比率進行科學的分析。比如，在山區等邊遠地區，可以采用窄帶調頻方式，并確保頻率保護比率在10-2dB以上，而15dB的調幅方式會有一定的局限性。另外，在地面通信臺的間距上，規定了5倍以上的超短波通信距離，以作為同一通道的復用距離。對于偏遠地區、地形復雜和環境惡劣的地區，可以適當考慮將射程設定為4倍。在頻率管理方面，需要加強對設備的使用和維修，并建立監測站點，以便掌握干擾的方位和方位，并在今后的工作中采取預防措施。

（九）加強設備維護工作

確保設備的維修和檢修工作是民航通信系統中最關鍵的一環。近年來，中國民用航空事業取得了長足的進步，因此對設備的維護和操作人員的技巧評價也變得尤為重要。尤其是民用通信系統出現的故障，需要進行定期地維護和檢修。有關員工及操作人員也要定期進行有關的操作和工作技巧的評價。另外，要按照民航相關任務、公司的要求和業務需求，制訂科學的設備使用制度，保證對人負責，在航站樓出現故障時，能夠履行職責，排除故障，保證終端的正常運行。

六、結束語

隨著我國航空業的發展和通信技術的進步，VHF通信系統在民用航空領域得到廣泛應用，但同時也面臨一些問題。為此，在我國民航事業發展過程中，除了加強對通信設備的更新與維修外，還應積極引進技術人才，爭取技術上的突破，從設備改造、抗干擾等幾個方面，進一步提升民航 VHF通信系統的可靠性。

作者單位：李晶 中國民用航空新疆空中交通管理局

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