基于VOIP技术在空管甚高频通信系统的应用

刘日峰

摘要：VOIP技术使用互联网协议在网络上实现语音传输，通过对语音信号进行数字化编码、压缩、并以数据封包的形式在互联网上进行实时传输。基于VOIP技术进行的组网后，系统的可靠性大大提高，后期维护简单，可进行灵活配置。目前，ICAO、FAA、EUROCAE等国际民航组织正在逐步推广基于IP的通信协议和组网互联技术，以提高地空通信能力， 本文将验证基于EUROCAE制定的ED137、138协议的VOIP VHF与内话系统互联技术的可行性。

关键词：VOIP;空管甚高频通信系统

地空通信是整个空管系统运行中最重要的环节，目前的空管语音通信系统是基于模拟或数字混合技术，采用点对点线路，有限的通讯能力制约着空管运行效率和飞行安全。现代空管系统高度依赖信息技术，欧美航空发达国家于2005 年相继提出了下一代航空运输系统规划，现阶段正逐步推广基于IP 的通信协议和组网互联技术，以提高地空通信能力，为新一代空管系统建设奠定基础。

VOIP又被称为IP 网络电话，它是建立在IP 技术上分组化与数字化的传输技术。具体来讲就是将模拟的声音进行数字化，并通过一定的加工，以数据包的形式在IP 网络中进行实时传输，它是一种可以在IP 网络上相互传送模拟语音信号或可视化信号。

为快速推进华北地区地空通信VOIP 技术测试和实施进程，结合华北地区各空管单位现有内话系统、甚高频系统和传输系统资源，通过搭建测试设备和平台，对甚高频设备与内话系统间VOIP技术互联进行测试和技术验证，并提供给管制用户进行实际指挥通信使用。

一、设计思路

在EUROCAE 制定的ED136、137、138協议的基础上，搭建北京区管中心Frquentics3020X 7.1内话系统与鄂尔多斯甚高频RS 4200 设备的IP 网络链路， 北京区管中心Frquentics3020X 7.1 内话系统提供IP 接口和相应网关设备，鄂尔多斯甚高频遥控台提供4 信道RS 4200 设备提供符合ED-137 协议的IP 接口，同时配置相应网关设备VCX-IP。具体网络拓扑图1如下所示：

（一）设备选型

在设备选型上，通过设备的国产化及产品的性能比较，北京和鄂尔多斯甚高频台站的网络设备均采用华为AR3260 路由器，路由器配置为SRU40 板卡（业务路由单元40 板，3GEWAN，2 USB，3 DSP 插槽），350W 电源交流模块，，E1 办卡，以太网板卡。

（二）路由器E1 链路配置及IP 接口配置

北京区管华为路由器配置信息

controller E1 1/0/0

using e1 //配置CE1/PRI 接口工作在E1 方式

description ACC //该接口为北京ACC 侧接口

line-termination 75-ohm //配置E1 接口所连接的线

缆类型

clock master //配置接口的时钟模式，DCE 配置为主模式，

DTE 配置为从模式

鄂尔多斯华为路由器配置信息

controller E1 1/0/0 //该接口配置同上，时钟模式不需要配置，

默认工作在从模式

using e1

description EEDS

line-termination 75-ohm

北京区管华为路由器

interface Serial1/0/0：0

link-protocol ppp//配置链路层接口采用PPP 协议进行通

信

ip address 172.16.0.1 255.255.255.0 //按照规划配置对应

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

鄂尔多斯华为路由器

interface Serial1/0/0：0

link-protocol ppp //配置链路层接口采用PPP 协议进行通

信

ip address 172.16.0.3 255.255.255.0 //按照规划配置对应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、验证过程

（一）模拟测试

在北京区管进行模拟测试时，无法模拟鄂尔多斯甚高频电台。故使用E1 线路模拟联通专线，使用Laptop 模拟甚高频电台来获取VOIP 报文，测试连通性，测网络时延。模拟网络架构如下图2.1 所示：

按照上述拓扑，搭建完成网络配置后，使用Laptop 去ping北京区管内话系统的地：10.20.20.220，即结果如下图2.2 所示：

结果分析：可通信，并且通信时延是3～4ms，满足民航甚高频通信系统的要求。

（二）呼叫测试

在北京区管中心，主动呼叫测试用户鄂尔多斯端，在测试Laptop 上面，针对通信进行抓包，由于Laptop 无法模拟SIP 被叫方与主叫建立SIP 会话，故回复ICMP 端口不可达报文。结果如图2.3。

结果分析：可以看到SIP 的会话请求报文如下，被叫用户：

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

（三）语音呼叫测试

在确保北京区管至鄂尔多斯甚高频台链路正常的情况下，北京区管中心Frequentis 7.1 内话系统提供ED-137 IP 数字接口。在内蒙鄂尔多斯甚高频台选取3-4 个信道（北京高空扇区备用频率、呼和中低空备用频率）设备，每信道主、备机分别提供ED-137 IP 数字接口。在北京区管管制大厅设置一个测试管制席位，对席位面板进行相应配置，并保存该席位测试过程中的通话录音以供技术人员对语音质量进行事后分析。

测试结果及分析：对120.5、134.25MHz 频率进行测试ORDOS 端使用贝克模拟机组对该频率进行测试，贝克发送测试语音信号，ACC 内话收信号质量良好;ACC 内话模拟管制员发指令，ORDOS 端贝克收到语音信号，并且信号清晰，声音正常，但电台的调制度过低，一直维持在40 以下，且大起大落，虽然启控灯一直亮，但外放音响语音信號声音断续严重。随后电台厂家与内话厂家就该问题进行交流，ACC 内话对IP打包周期进行调整后再测试，电台调制度有改观，最大上升至80，但外放音响播放的声音依旧断续严重，根据内话值班员反映测试过程中系统中出现了红色断线告警。

三、总结

我们通过试验验证了VOIP 技术在民航甚高频通信系统应用的可行性，它具有延时低，施工工艺简单，避免了局端与远端的布线，节省了空间，减少了故障点，提高了系统的运行效率。但同时也存在不足，TCP/IP 协议与RS 发信机的启控协议，EUROCAE 制定的ED136、137、138 通信协议的兼容性有待提高，发信机无法正常启控，使得甚高频通信系统使可靠性及稳定性降低。下一阶段我们将深入研究EUROCAEED 制定的ED136、137、138 协议内容和RS 发信机的启控协议、机制，提高TCP/IP 协议与EUROCAEED 制定的ED136、137、138协议内容和RS 发信机的启控协议兼容性，争取这项技术在不久的将来能够在民航甚高频领域得到广泛应用。

参考文献：

[1]《VoIP 技术在民航通信系统中的应用》闫磊2018

[2]《VoIP 技术在民航VHF 通信系统中的发展与应用》王熠2016

[3]《VOIP 技术在VHF 通信系统中的实现机制》胡石根，谢来阳2018