地空通信綜述

國家無線電監(jiān)測中心 劉 蓉 任培明 霍 甲

一、引言

民航地空通信主要以話音為主，數據通信所占的比重較小，通信方式比較單一，主要采用甚高頻（VHF）通信技術，并且話音通信存在缺點和局限性，隨著民航事業(yè)的迅速發(fā)展，以話音為主的地空通信已經不能滿足空中交通需求的迅速增長。隨著我國經濟的發(fā)展，空中交通流量的增加，現(xiàn)行的民航地空通信系統(tǒng)將逐漸顯現(xiàn)出其對需求的不適應性，因此，我們有必要時刻關注民航地空通信的發(fā)展方向。

二、短波地空通信概述

短波地空通信是指利用短波頻段進行的地面與設備與機載設備進行的通信。通信頻段為9kHz～30MHz。

短波通信由于其天波傳播特性，在通信領域具有其他通信手段無法替代的地位，特別是在民用航空地空通信中，短波通信對于航線覆蓋與極地飛行，起著重要的保障作用。在上世紀90年代之前，短波通信是支持飛機在海洋和邊緣陸地上空安全、有效、正常飛行的惟一航空媒介。

短波電波傳播主要依靠電離層反射，傳播距離遠，而電離層隨晝夜和季節(jié)變化，很不穩(wěn)定，還會受到太陽黑子活動的影響產生擾動。大量廣播電臺、軍用電臺和其他專業(yè)及業(yè)余電臺都在利用短波信道，短波信道日益擁擠，使短波信號產生衰落、多徑干擾或臨臺干擾，信號質量較差且不穩(wěn)定。因此短波地空通信在中國民航已處于被淘汰的地位，只有少數邊遠內陸、荒漠地區(qū)（如新疆）短波地空通信仍以備用方式存在，在甚高頻遙控系統(tǒng)不能覆蓋的空域作為補充。盡管如此，短波數據鏈的應用使得短波地空通信仍然有可利用的價值。

1. 地空通信的短波傳播方式

短波地空通信中所使用的短波實質為無線電波，主要用于地面與飛機間的通信，其通信傳播方式主要有以下三種：

地面波。地面波是沿著地球表面?zhèn)鞑サ牟ǎ刂雽щ娦再|和起伏不平的地表面進行傳播。

天波。天波是經過地面上空40～800公里高度含有大量自由電子離子的電離層的反射或折射后返回地面的電波傳輸方式。天波是短波的主要傳播途徑，可實現(xiàn)長距離的傳播。

直接波。直接波是從發(fā)射天線到接收天線之間，不經過任何發(fā)射，直接到達，電波就象一束光一樣，所以有人稱它為視線傳播。由于民航中，飛機大多數時間都是在飛行，所以有些時候地、空之間的短波通信，實際上是可以靠直接波完成的。

2. 短波地空通信的信號類型

（1）話音通信。比較常見并且比較容易識別的是單邊帶報話。日常監(jiān)測中通過短波監(jiān)聽接收機可以收聽到在發(fā)的短波地空通信單邊帶報話。

（2）數據通信。數據通信是指通過短波通信數據鏈（HFDL）支持飛機使用短波（航路）業(yè)務頻率上的數據通信。使用面向比特的規(guī)程。試驗顯示它比目前短波話音通信有較高的穩(wěn)定性和可用性。可以提供實用的數據通信，可能作為備用或者衛(wèi)星數據鏈的補充。現(xiàn)在的HF地空通信系統(tǒng)主要采用話音通信，由于話音通信的弊端，未來以數據通信為主。

由于高頻數據鏈通信技術采用了自適應選頻技術和地面臺組網技術，可靠性大大加強，使高頻數據鏈在未來地空通信系統(tǒng)中占有一席之地，它與航空衛(wèi)星移動通信（AMSS）形成互補，提高了地空通信的可靠性。

短波地空通信數據鏈系統(tǒng)在民用航空領域，由于我國地理復雜、疆域遼闊、超短波網絡尚不能實現(xiàn)完全覆蓋，短波依然是地空通信的主要手段。短波地空通信數據鏈系統(tǒng)作為民航數據通信系統(tǒng)的子系統(tǒng)，在當前興起的極地飛行中，有效解決了飛行盲區(qū)問題，對飛行安全起著非常重要的保障作用。短波地空通信數據鏈系統(tǒng)用于航空器飛行中保持與基地和遠方航站的聯(lián)絡。其系統(tǒng)構造由短波/超短波通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信站、地空數據網及機載通信系統(tǒng)組成，短波地空通信數據鏈系統(tǒng)通過短波、超短波與衛(wèi)星實現(xiàn)了近、中、遠程地空實時話音和數據通信。

3. 短波地空通信的特點及應用

科學家們研究發(fā)現(xiàn)，短波是利用大氣層中的電離層的反射傳播到幾千公里以外的地方去的。大氣層在受到太陽光的照射后，形成一層帶電的空氣層，稱為電離層。電離層在離地面60公里一直到2000公里左右。當無線電波進入電離層后，就會因為折射而產生彎曲，就像光的折射一樣。當無線電波深入到電離層一定深度后，它就會掉轉方向向下傳播，最終重新返回地面，返回地面的無線電波又被地面反射回天空，再被反射回地面，這樣多次跳躍，就可以傳到很遠的地方去了。這稱為天線傳播。短波可以在電離層中“來去自如”，使短波終于找到了大顯身手的地方。

20世紀60年代到80年代初，短波通信在當時中國民航的航空通信中發(fā)揮了極大的作用。北京、上海等地均建有大型的中心發(fā)信臺和收信臺，北京發(fā)信臺在鼎盛時期，曾有30多套短波發(fā)射機以及龐大的天線陣，最大的發(fā)射機功率達到80kW，每天至少開放十幾個波道，有的還24小時連續(xù)工作。那時的短波通信是國內和國際平面波道的主要通信手段，由于我國地理復雜、疆域遼闊、超短波網絡尚不能實現(xiàn)完全覆蓋，由于甚高頻覆蓋的限制，短波也是地空通信指揮的主力軍。短波地空通信數據鏈系統(tǒng)作為民航數據通信系統(tǒng)的子系統(tǒng)，在當前興起的極地飛行中，有效解決了飛行盲區(qū)問題，對飛行安全起著非常重要的保障作用，并且也只有短波通信能擔此重任。

然而隨著飛機的現(xiàn)代化和有線通信、甚高頻通信的迅猛發(fā)展以及由于短波通信固有的缺陷，現(xiàn)在中國民航的短波地空通信已退出了歷史舞臺。在地空通信中，我國東部地區(qū)已基本達到甚高頻覆蓋，短波僅作為備份。一些小型機場的短波收發(fā)信臺已被撤除，一些新建的大中型機場也取消了發(fā)信臺。

三、甚高頻地空通信

1. 甚高頻地空通信概述

利用甚高頻頻段進行地空通信的方式叫做甚高頻地空通信。通信頻段為118MHz～136.975MHz，采用雙邊帶調幅，工作方式為單信道半雙工。VHF地空通信是現(xiàn)在中國民航主要的航空移動通信方式，能提供快捷、可靠的地空視距范圍內的通信。VHF電波沿直線傳播，電離層不能反射，限制了其發(fā)射和接收基本是在視距范圍內。

2. 甚高頻地空通信的信號類型

VHF地空通信包含話音和數據鏈通信。

但是話音速度慢，占用信道時間長，限制了資源利用率的提高；話音通信由于方言，不同語言的存在，加大了出錯的幾率；某些計算機數據不便于口述，飛機上要利用地面數據信息也不便由話音通信來實現(xiàn)，更加限制了其業(yè)務種類。

由于數據通信具有高速率、高可靠性、高容量、抗干擾能力強等特點，已成為民航地空通信的發(fā)展方向，中國民航業(yè)正在加緊VHF地空數據鏈的建設?，F(xiàn)行的VHF地空數據鏈成為飛機通信、尋址與報告系統(tǒng)，可以使飛機就像一個移動的終端一樣與地面數據通信網相連，并可以使飛機上的其他計算機化系統(tǒng)與之相連，自動獲取飛行數據。

3. 甚高頻地空通信的應用及發(fā)展

中國民航大力建設VHF地空通信系統(tǒng)，許多較大的機場終端區(qū)都建設了VHF共用系統(tǒng)，以滿足這些繁忙終端區(qū)地空通信的要求，較好解決了干擾的問題，部分繁忙的機場還是先了VHF通信的雙重覆蓋。在小機場終端區(qū)，通過對VHF地空通信系統(tǒng)的政治，實現(xiàn)了小機場VHF地空通信系統(tǒng)配置、頻率配置、功率配置標準統(tǒng)一，使其向標準化、規(guī)范化方向發(fā)展。

1998年，中國民航地空數據通信系統(tǒng)開始第一期地空通信網絡建設，一直到2006年12月完成了87個VHF遠端地面站建設，覆蓋除部分西部航路外的全部中、高航路。2007年底，已在全國建立87個ACARS（飛機通信、尋址與報告系統(tǒng)）遠端地面站，同時提供部分機場（76個）地面的通信覆蓋，與美國ARINC、泰國AEROTHAI共同成立GLOBALINK/ASIA服務體系，為國外航空單位共同提供一體化的國際地空數據通信服務。

在航路通信上，采用VHF遙控系統(tǒng)的接力覆蓋來完成航路通信的VHF化，VHF遙控作為替代短波完成航路通信指揮系統(tǒng)。VHF遙控系統(tǒng)是用來替代短波通信的航路通信指揮系統(tǒng)，為了最大限度的利用傳輸線路的帶寬資源，在VHF地空遙控通信系統(tǒng)中還引入了數話合一技術，簡單的說就是將數據信息和話音信息合成一路傳輸的技術，可以在一條傳輸線路中完成個多種業(yè)務的應用。經過中國民航“八五”及“九五”期間的建設，已經基本實現(xiàn)了東部地區(qū)3300米以上空域的VHF通信覆蓋，西部主要航路6600米以上的VHF覆蓋存在的盲區(qū)。

四、結束語

近年來，隨著微型計算機、移動通信和微電子技術的迅速發(fā)展，短波通信技術有了新的突破性進展，出現(xiàn)了實時選頻、自適應、跳頻、差錯控制、多載波正交頻分復用（OFDM）調制及軟件無線電等新技術，使短波通信很好地彌補了它的缺點，還使短波通信的設備更加小型化、更加靈活方便，進一步發(fā)揮了短波通信設備簡單、造價低廉、機動靈活等固有的優(yōu)點。短波通信作為民航內部通信的重要手段，必將在今后較長時間內得到保持和發(fā)展。為了克服現(xiàn)行地空通信的缺陷，滿足空中交通蓬勃發(fā)展對地空通信的更高要求，國際民航組織在新航行系統(tǒng)的規(guī)劃中認為，今后地空通信將以甚高頻（VHF）地空通信,航空衛(wèi)星移動通信（AMSS）,短波（高頻）地空通信，二次監(jiān)視雷達（SSR）的S模式數據鏈，這四種通信方式可以交互操作為主。除二次監(jiān)視雷達（SSR）的S模式數據鏈外，其他三種通信方式都包含數據和話音通信，并且以數據通信為主，話音通信將逐漸減少，最終話音通信只在緊急狀況下使用。在陸地上空以VHF為主要方式，跨洋飛行采用衛(wèi)星或HF數據鏈，而在高密度的經濟發(fā)達地區(qū)，則以二次雷達數據鏈做為傳遞信息的方式。