基于卫星链路水上应急语音融合通信系统设计和实现

安徽四创电子股份有限公司 孟宪伟 黄伦文

一、引言

随着近年来国家海上重大突发事件的增多，急需加速构建融合现代信息通信技术，有效集成整合无线、有线、卫星信息通信资源，具有综合的信息通信功能、海陆空三位一体的海上应急通信网络平台，为用户提供全球化、全天候、全方位公众通信和遇险安全通信服务的网络系统。

从目前水上应急通信现状和特点出发，我们设计了一套以VSAT卫星为链路，融合多种终端的语音通信系统，实现了短波（渔业电台、对空电台、单边带）、超短波、Wi-Fi手机、IP电话等互联互通，为海上突发应急提供有效指挥调度手段的系统。该系统以交通应急宽带卫星VSAT通信链路为中继，以SIP为主要通信协议，以Wi-Fi为拓展的网络；提高船舶通信手段应用效率，实现了现有通信手段的延伸效果。

二、语音通信系统构架和工作原理

1. 系统构成

该语音通信系统由中心站、卫星网络、船舶端三部分组成，其结构如图1所示。

图1 语音通信系统部署

其中船舶端是基于SIP信令构建的系统，在SIP网元中也可以把短波电台、超短波电台、电台网关，基于Wi-Fi的终端看作含媒体通信功能的UA客户端，把通信主机看作处理握手信令、控制媒体分发的软交换服务器。主要完成船舶的通信网络链路构建，前期语音采集、打包，处理和融合等工作。

卫星链路主要包括指挥中心的主站、船舶端的小站及相关的IP网络接入系统。是中心站和船舶端重要通信链路，负责传输、交换来自卫星两端（中心站、船舶端）的语音、视频及其他数据。主要以IP网络形式。

中心站主要包括中心站主机、指挥调度软件、数字中继等。中心站能接收来自船舶端的语音，能把IP语音和运营商网路（PSTN，2G/3G）互联，实现公网和专网互通。中心站能控制该系统所有SIP终端和监控状态，实现指挥调度功能。

2.系统工作原理

船舶端的无线电台网关、Wi-Fi终端及其他SIP终端注册到主机（船舶）。如果它们需要和中心站通话。这些终端可以发出建立语音通道请求。船舶端主机可以根据主机号、呼叫路由，通过卫星链路找到被叫所在地后，建立连接。连接建立后，终端采集语音的模拟信号，然后转化数字信号（A/D），经过编码后，IP打包，通过VSAT链路传到中心主机，再到被叫终端。被叫终端进行解码，进而转模拟信号（D/A），最后播放语音媒体。如果和普通运营商通话，还有通过中继网关转接程控交换，用到模拟、数字、IP等中继。

三、中心站通信系统设计

中心站通信系统设计是本系统的核心，本文主要介绍中心通信系统的设计方案。

1. 中心站SIP服务器

图2 主机构架图

包括注册服务器、信令服务器、媒体服务器结构，如图2所示。注册服务器响应终端用户注册请求，完成UA注册和撤销功能；信令服务器实现通话过程建立、挂断、调度管理、状态监测等功能；媒体服务器完成对音视频等媒体的存储和转发。

2. 数字中继网关

中继网关承载着IP域与电路域的语音汇接任务，本系统中利用数字中继网关的E1接口和运营商的程控交换（PABX）连接，中继网关的以太网口和中心站SIP服务器连接，实现NO.7和SIP信令转换。从而达到PSTN网和IP应急网络互联。

3. 调度软件

调度软件是系统核心，在应急时，可以对所有语音资源调配。各种通信网络通过相应的接口连接到IP交换中心，如何对这些网络的通信终端进行统一调度管理是一个关键问题。调度管理平台主要功能有：呼叫、强插、强拆、代接、监听、强挂、呼叫转接、通播、组播、会议、语音发布等；系统允许多个管理员同时对系统进行调度，不同的调度管理客户端连接并注册到调度管理代理服务器上，代理服务器根据调度管理员的权限不同赋予管理员相应的调度管理功能。调度管理模块主要包括：调度管理客户端、调度管理代理服务器端、数据库管理和调度管理接口，如图3所示。

图3 调度软件结构图

其中，调度管理客户端是运行在Windows系统中的管理软件，可通过网络连接到IPPBX上，调度管理代理服务器和PBX上的Manage模块控制端口进行连接，通过ManageAPI或CLI（Command Line Interface）指令调用SIP模块、ZAP模块和Channel模块，实现相应的调度操作，同时接收并分析Manage端口返回的数据，处理后在调度管理客户端上实时显示当前系统的状态。调度管理代理服务器端软件直接访问管理数据库，获取当前系统中的用户信息以及组织机构信息，并且在调度管理客户端上实时显示，调度管理客户端被授权后可以对数据库进行增删改等操作。

图4 功能拓扑图

4. 卫星的G.729编码设计

本系统链路是VSAT卫星，带宽资源是非常宝贵的，低速率语音编码是关键，G.729编码主要应用了线性预测、线谱对参数、矢量化、代数码书搜索等技术，将64kb/s的PCM信号压缩到8kb/s，大大节约了带宽，并且有着较低的长话质量和稳定性，达到通信质量要求。

四、系统应用

根据以上的原理及设计思想，系统可以实现以下功能（见图4）：

（1）无线（超短波、渔业电台、对空电台、单边带电台、Wi-Fi终端）、有线（IP电话、PSTN网络）互通。船舶和中心互通。

（2）提供应急预案接口，同船舶运行监测、应急指挥等信息系统互动。辅助生成调度决策并予以实现，支持基本呼叫、强插、强拆、跨网会议、群组广播，语音发布等功能。

（3）分布式组网：通过VSAT卫星联网，实现指挥中心和船舶多点组网。可以实现中心到船舶、船舶和船舶多维通信系统，实现多部门、全方位的应用语音通信指挥调度系统。

五、结束语

本系统利用先进的IP软交换及DSP信号处理技术，结合VSAT卫星通信技术将水上应急多种语音终端实现互联。提高了应急场合通信健壮性、协调性、快速灵活性。该系统已经在中国交通信心中心救捞船使用。随着卫星、软交换相关技术不断成熟，如何通过卫星链路对各种视频资源融合并指挥调度，是今后要研究的课题。

见www.dcw.org.cn