空管语音交换系统联网方式对比与分析

民航珠海进近管制中心 熊欣

空管语音交换系统有MFC、ATS-QSIG、E1、IP等联网方式。本文将介绍和对比各种内话系统联网方式,分析各种联网方式的特点,以供参考。

1 内话系统联网方式

空管语音交换系统(Voice Communication System)简称内话系统,是一种应用于空管交通管制的语音通信系统。该类系统具备地空无线通信和地地有线电话通信两大核心功能,此外还可以提供联网、VoIP语音通信等功能。当前空管语音交换系统(内话系统),存在MFC、ATSQSIG、E1、IP等联网方式。

2 各种联网方式介绍

2.1 ATS-QSIG

ATS-QSIG协议是QSIG协议在ATS(Air Traffic Services Network)网络中的具体应用。QSIG协议基于Q.931标准,是由ISO/IEC为专用ISDN电信网颁布的全球标准。空管语音交换系统是一种ATS网络,它使用ATS-QSIG协议来构建专用ISDN网络(PISN网络)[1]。

QSIG协议是PISN中D信道上的协议,它是交换机PINX(Private Integrated services Network eXchange)之间直接互通的协议,最初由ECMA提出,后来被ETSI和ISO收入。QSIG协议不区分网络侧和用户侧,进行通信的设备在协议上是对等的[2]。

实际中应用ATS-QSIG技术实现内话系统联网,需要使用专门的板卡,使用复用技术(即多个ATS-QSIG逻辑通道共用一个物理通道)每个物理通道收、发各有一对线。在Frequentis内话系统中使用NI64板来实现ATSQSIG联网功能,3个逻辑通道共用一个物理通道,各个逻辑通道间相互独立。每个逻辑通道的带宽为16kbit/s,加上信令信号带宽,一个物理通道上的带宽为64kbit/s。Frequentis内话NI64板接口针脚定义图1所示:

图1 Frequentis内话NI64板接口针脚定义Fig.1 Frequentis internal call NI64board interface pin definition

在配置时,联网的两套内话系统,要分别配置在ASide和B-Side两侧,并且一套系统为Master,另一套系统为Slave。Frequentis内话ATS-QISG配置图2所示:

图2 Frequentis内话ATS-QISG配置Fig.2 Frequentis internal call ATS-QISG configuration

2.2 MFC

MFC电话联网技术由CCITT(ITU-T)R2标准发展而来,使用双音多频编码技术传输主叫号码、被叫号码、呼叫优先级等信息,主要规定了内话系统间模拟电话联网的技术标准。分为MFC-R2、MFC-No.5两种类型,其中MFC-R2用于地面通信通道,MFC-No.5用于卫星通信通道。MFC-R2线路信号(ITU-T Q.421)使用随路信令,其信令由线路信号、计数发生器信号组成。其中线路信号用于标志局间线路状态,多频计数发生器信号用于传递主被叫号码、用户类别、优先级等信息。每条MFC电话联网线路呼入、呼出分离,分别使用一对同相线缆、一对反向线缆。

在Frequentis内话实现MFC电话联网,使用的是ERIF03.00系列板卡,采用的是与无线电通道同样的模拟4线制线路连接。Frequentis内话MFC电话联网板接口线序图3所示:

图3 Frequentis内话MFC电话联网板接口线序Fig.3 Frequentis internal call MFC telephone networking board interface line sequence

在配置MFC通道时,要选择两端的内话系统分别在在A-Side和B-Side两侧,4位或者6位MFC Dights,以及MFC Type(R2或者No.5)。Frequentis内话MFC配置图4所示:

图4 Frequentis内话MFC配置Fig.4 Frequentis internal talk MFC configuration

ATS-QISG与MFC电话联网方式虽然使用的技术和编码方式不同,但在使用上两者却又很多相似之处。例如,呼叫时都使用6位ATS Number,呼叫都具有优先级,有多套内话系统联网时都支持线路绕转等。

2.3 E1联网

内话系统的E1联网功能包括E1电话联网、E1无线电频率共享和超控[3]。

2.3.1 T1和E1标准简介

北美(及日本)的24路脉码调制PCM简称T1,带宽为1.544Mbit/s,有24个独立的语音通道,每个语音通道的带宽为64kbit/s。欧洲所用的调制方式为E1,带宽为2.048Mbit/s,包含30个语音通道(每个语音通道的带宽为64kbit/s)和2个通道分别传输控制信令和帧同步信息。中国与欧洲一样,使用E1传输标准。一个E1信号被均分为32个时隙,每个时隙的长度为125微秒。其中第一个时隙用于传输帧同步信息,第16个时隙用于传输信令。其余30个时隙用于传输语音信号。每个时隙传送8bit,所以一个E1信号帧的长度为256bit。每秒传输8000帧,因此PCM一次群E1的数据率就是2.048Mbit/s。

其特点:(1)一个E1帧的长度为256bit,分为32个时隙,一个时隙的长度为8bit;(2)每秒传输E1帧的数量为8000,所以E1信号的带宽为:8000*256bit/s=2048000bit/s= 2.048Mbit/s;(3)每个时隙在E1帧中的长度为8bit,每秒传输的速率为8bit/s*8k=64kbit/s,即一个E1中包含32个64K信号(零次群速率)。

2.3.2 E1电话联网

内话系统的E1电话联网,即使用相应的E1电话板卡,来承载电话业务,使用6位ATS Number拨号,通过相应的E1传输线路和设备到达对端内话系统的E1电话板卡,再寻址到相应的内话席位,最终完成电话的拨号、振铃和通话的建立。

以Frequentis内话系统为例,配置E1电话联网线路,要首先配置E1物理通道,再配置E1 Trunk,添加Logical Position(用于呼入寻址),建立External Party填写对端席位的ATS Numer、并绑定E1 Trunk Group,配置席位电话按键DA Key,最后填写本端席位的ATS Number(与Logical Position号码相同),这样就完成了本段的E1电话联网线路的配置。在对端的内话系统做同样操作,即可正常使用该E1电话线路在两套内话系统间互相拨打E1电话。E1电话联网线路的配置流程图5所示:

2.3.3 E1无线电频率共享和超控

E1无线电频率共享是指在多套内话系统间无线电频率资源的共享共用,在某套内话系统上的席位上,可以使用另一套内话系统的无线电通道来实现收发功能;在此基础上,通过配置不同席位对同一无线电通道使用的优先级,实现无线电频率的超控功能。

以Frequentis内话系统为例,配置E1无线电频率共享,首先要在被共享频率的内话系统(VCS1)中配置Digital Radio Interface,建立Ropif Groups,并设置无线电信道的共享方式(为E1方式)、被共享的频率通道,以及频率使用的优先级(用于频率超控功能)。然后在VCS2中,首先配置至VCS1的E1无线电通道,然后正常配置一个频率,在选择Location时选择E1无线电通道。配置之后,VCS2即可使用(和超控)VCS1系统中的无线电频率。如图6所示:

图6 E1无线电频率共享(超控)Fig.6 E1 radio frequency sharing (override)

2.4 IP联网

前三种联网方式,均是在内话系统间实现联网。随着IP网技术的发展,越来越多的地空通信设备(内话系统、IP VHF系统、传输网系统)支持IP网协议的互联。与传统内话系统联网方式相比,IP联网具有组网简单,设备接入简单、扩展能力强等突出优势。但正因为其网络接入的便利性,导致了一些问题的出现,例如:如何保障网络的封闭和安装性,如何规划网络结构,避免网络风暴和连接稳定性问题。虽然IP联网技术的应用还存在一些问题,但由于其强大的优势,仍然是未来地空通信网络发展的方向[4]。

2.4.1 VoIP通信原理

IP联网技术的基础是VoIP技术,VoIP(Voice over Internet Protocol),是一种话音传输技术。它将模拟语音信号通过采样、量化、编码数字化。再经过压缩、封装等过程通过IP网将数据发送至目的地址。在目的地址再经过解压、解封装,解码等过程,将数字信号还原成模拟信号。

2.4.2 VoIP通信过程

在VoIP通信过程中,有两个非常重要的协议。(1)SIP(Session Initiation Protocol):会话初始化协议,建立、控制和释放会话。用于在内话(包括IP遥控盒)和VHF电台之间建立稳定的连接。(2)RTP(Real-time Transport Protocol):实时传输协议,用于传输包括语音信号和包含于RTP报文头部中的各类VHF信令。

简单来说,SIP协议负责会话的建立、保持和释放,RTP协议负责语音和信令信号的传输。VoIP通信过程图7所示:

图7 VoIP通信过程Fig.7 VoIP communication process

2.4.3 IP联网规划

典型的IP地空通信网络,包括内话系统的IP接口(IP Radio板、IP Backup系统等)、IP VHF电台,IP电话,以及相应的传输设备。如图8所示。

图8 IP联网示意图Fig.8 IP networking diagram

3 结语

以上各种内话的联网方式各有自身的特点,MFC、ATS-QISG方式连接和配置较为简单,技术较为成熟;E1方式采用线路复用技术,线路利用率高,线路连接稳定可靠;IP方式发展最快,可扩展性最强。这几类内话系统联网方式,都在现实种有所应用,随着空管技术的发展,所采用的联网方式和网络结构都将不断改进。

引用

[1] FREQUENTIS.Voice Communication System Maintenance Munual[Z].2017.

[2] FREQUENTIS.Voice Communication System Training Manual for Maintainers[Z].2017.

[3] 杨超宇.华北空管局语音交换系统的内话联网技术研究[D].北京:清华大学,2015.

[4] 陈曙.空管内话联网技术的简述[J].科技信息,2014(6):288+298.