E&M信令下甚高頻通信系統(tǒng)PTT的傳輸與控制

王瑞軍

民航寧夏空管分局寧夏銀川河?xùn)|機(jī)場，寧夏銀川 750001

0 引言

甚高頻（VHF）話音通信是民航管制部門實(shí)施對空指揮，完成地空通信的最主要手段。因甚高頻通信的視距傳播特性，使得信號在超過有效覆蓋區(qū)域時就無法進(jìn)行通信，為擴(kuò)大管制員管制范圍，減少管制移交，提高飛行流量，世界各國都采用建立VHF 信號遙控臺的辦法，從而實(shí)現(xiàn)航路及區(qū)域信號有效覆蓋。實(shí)現(xiàn)甚高頻遙控通信的核心部分是要通過傳輸路由對遠(yuǎn)臺VHF 收發(fā)信機(jī)的話音信號（TX、RX）和鍵控（PTT、SQL）信號進(jìn)行實(shí)時傳輸。傳輸VHF 信號，4 線E&M 接口是最理想的[1]。由于E&M 接口的種類不同，無線電臺和遙控終端之間有多種接入方式，同時甚高頻電臺設(shè)備種類繁多，其鍵控信號的啟動方式也不盡相同。因此，深刻理解VHF 遙控信號的傳輸接口類型與鍵控信號的啟動方式對于從事民航VHF 通信設(shè)備維護(hù)工作的人員至關(guān)重要。

1 E&M 信令

E&M 是一種模擬中繼信令，廣泛應(yīng)用于各種不同類型的中繼電路和長途電路，它將電路產(chǎn)生的信號轉(zhuǎn)換成適合于傳輸媒介的信號方式進(jìn)行傳輸。E&M 接口將話音通道和信令通道分開，E 和M 是信令控制線，E 信令用于控制接收信號的傳輸，M 信令用于控制發(fā)射信號的傳輸，通過E 線與M 線狀態(tài)的改變來控制語音信號的接收與發(fā)射。

E&M 語音通常在2 或4 條線路上傳輸，根據(jù)電路特性不同，其信令方式有I、II、III、IV 和V 類信令，圖1 所示為I 類信令的信號控制方式及其在中繼傳輸中的連接方式（本文僅對信令控制線進(jìn)行了描述，未畫出話音傳輸線）：

圖1 I 類E&M 信令

I 類E&M 信令包含一根M 線，一根E 線及一對收和一對發(fā)線。本地端通過對M 線提供電壓或接地來表示摘機(jī)或掛機(jī)，從而向傳輸端提供M 信號。傳輸端通過電阻性負(fù)載來探測這個信號，并向另一端交換機(jī)的E 線發(fā)送信令信號。同理，遠(yuǎn)端信令單元通過接地（低阻）和斷開（高阻）分別表示摘機(jī)和掛機(jī)從而向傳輸端提供E 信號，傳輸端通過電流檢測向另一端交換機(jī)的M 線發(fā)送信令信號。

對于I 類E&M 信令，遠(yuǎn)端與本地端的回路電流分別接地連接，當(dāng)大量的E&M 電路同時使用將產(chǎn)生電流噪聲，影響語音信號的質(zhì)量。此外I 類E&M 信令設(shè)計之初僅考慮了交換機(jī)與傳輸端的連接，使得本地端與遠(yuǎn)端的接口不對稱連接，為傳輸端之間的串聯(lián)傳輸帶來了困難。為解決上述問題，根據(jù)I 類信令的設(shè)計思路，II 到V 類信令方式應(yīng)運(yùn)而生。

圖2 II—V 類E&M 信令

II 類E&M 信令比I 類多使用兩條線：電源信號（SB）和接地信號（SG）。本地端電壓信號來自于遠(yuǎn)端傳輸設(shè)備；遠(yuǎn)端接地信號則來自于本地端，以多一對信號線的代價消除了接地電流的干擾問題，如圖2（a）所示。

III類E&M信令將II類信令中E線的SG信號線上移至M線，M 導(dǎo)線接傳輸端SG 線表示掛機(jī)，接SB 線表示摘機(jī)，E 導(dǎo)線接地表示摘機(jī)，斷開表示掛機(jī)。此種方式減少了因連接負(fù)電壓檢測設(shè)備及M 導(dǎo)線和E 導(dǎo)線長距離傳輸而造成的延時，但是因?yàn)镋 導(dǎo)線的接地電流同樣會對語音信號產(chǎn)生干擾，因此這種信令種方式很少使用。

IV 類E&M 信令對 II 類信令進(jìn)行了改動，M 導(dǎo)線接電源表示摘機(jī)，斷開表示掛機(jī)，E 線的連接方式與M 線鏡像對稱，接地表示摘機(jī)，斷開表示掛機(jī)。值得注意的是M 導(dǎo)線雖然與SB線相配合，但是SB 線接地其實(shí)可以算作SG 線。此種對稱的連接方式方便了傳輸端的串聯(lián)連接。

V 類E&M 信令方式對 IV 類信令方式進(jìn)行了簡化，去掉了SB 與SG 線，M 導(dǎo)線與E 導(dǎo)線鏡像對稱，傳輸端可以方便的實(shí)現(xiàn)背對背連接，同時也因?yàn)殡娐方Y(jié)構(gòu)簡單而不會產(chǎn)生嚴(yán)重的接地電流干擾。

2 民航VHF 電臺PTT 的啟動方式

民航VHF 電臺發(fā)射鍵控信號PTT 的方式包括接地、懸空、電壓控制等，不同廠家生產(chǎn)的電臺其PTT 信號啟動方式多種多樣，但歸結(jié)起來不外以下6 種方式：

圖3 PTT 啟動方式

2.1 PTT NORM

此種啟動方式的PTT 信號直接來自于終端設(shè)備例如電臺本身自帶的話筒。終端設(shè)備向電臺發(fā)送一個負(fù)電平信號，電臺內(nèi)部功放電路受電平信號控制對語音信號進(jìn)行放大并通過天線向外輻射信號，如圖3（a）所示。

2.2 PTT PHANTOM（幻象）

此種啟動方式的PTT 信號不另外單獨(dú)使用信號線進(jìn)行傳輸，而是直接將PTT 信號疊加在話音信號上，電臺內(nèi)部的判斷電路通過檢測話音信號電平值判斷是否有PTT 信號，如圖3（b）所示。

2.3 -PTT OPTO/VOP

此種啟動方式使用了光電耦合器，光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就可以實(shí)現(xiàn)電一光一電的轉(zhuǎn)換，本方式通過光耦合器一端的負(fù)電壓控制實(shí)現(xiàn)PTT 信號的激活，如圖3（c）所示。

2.4 PTT OPTO/GND

此種啟動方式同上，只是在光耦合器控制方式上有所變化，如圖3（d）所示。

2.5 PTT OPTO/FLOAT

此種啟動方式使用了正負(fù)電壓差控制光耦合器從而控制PTT 的啟動，如圖3（e）所示。

2.6 PTT PHANTOM/GND

此種啟動方式使用幻象方式控制光耦合器從而控制PTT 的啟動，如圖3（f）所示。

上述6 種PTT 信號的工作方式，具體選用哪種需根據(jù)終端設(shè)備PTT 信號的電壓極性及啟動方式等確定。其中第一種（PTT NORM）方式電路簡單但會出現(xiàn)信號地與設(shè)備地不匹配的問題，不適宜遠(yuǎn)端遙控使用。方式2-6 使用了光耦合器，很好的解決了信號地與設(shè)備地不匹配的問題，其中兩種幻象PTT 啟動方式?jīng)]有專門的鍵控信號傳輸線，節(jié)省了傳輸資源，但其電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，使用較少。方式3、4、5 電路實(shí)現(xiàn)簡單，且易與遙控終端設(shè)備匹配，是目前遙控臺VHF 通信設(shè)備中PTT 信號啟動的主要方式。

3 PTT 信號在V 類E&M 信令下的傳輸

因V 類E&M 信令控制方式是鏡像對稱的，允許使用交叉電纜的背對背連接，與目前民航VHF 設(shè)備中鍵控信號（PTT、SQ）的控制方式相兼容，在VHF 信號傳輸中得到了普遍的應(yīng)用。根據(jù)《中華人民共和國民用航空業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》中話音通信系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范中規(guī)定：收發(fā)信機(jī)、發(fā)信機(jī)、收信機(jī)的音頻和PTT、SQL 信令接口兼容E&M 類型V ；用于傳輸甚高頻話音的接口類型應(yīng)符合修改的E&M 類型V 標(biāo)準(zhǔn)，中繼線路中斷或忙時端口呈現(xiàn)高阻特性。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，本文將以SCHMID ICS200/60 型內(nèi)話及RS4200 型電臺為例，搭建并詳細(xì)分析PTT 信號在V 類E&M 下的傳輸控制方式。

3.1 SCHMID ICS200/60 內(nèi)話與RS4200 電臺PTT 信號激活方式

SCHMID 內(nèi)話以其穩(wěn)定、可靠、安全的特點(diǎn)在民航業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，銀川空管局于2008 安裝了一套ISC200/60 型SCHMID 內(nèi)話，其PTT 啟動方式包括：正負(fù)電壓回路、負(fù)電壓、接地及幻象方式，如下圖所示：

圖4 SCHMID 內(nèi)話PTT 工作方式

RS 電臺則因其結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，價格低廉的特點(diǎn)近年來得到了民航業(yè)的青睞，銀川分局遙控臺VHF 設(shè)備均采用了RS4200 型電臺，其PTT 工作方式包括正負(fù)電壓、正電壓與負(fù)電壓三種方式（見圖3(c)、(d)、(e)所示），具體工作方式可以通過電臺配置軟件進(jìn)行選擇。

3.2 V 類E&M 信令下PTT 傳輸與控制

根據(jù)上文所述內(nèi)話與電臺PTT 的工作方式，配合V 類E&M 信令，本文對內(nèi)話端采用接地啟動PTT，電臺端選用-PTT OPTO/VOP 的方式對遙控臺的PTT 信號傳輸進(jìn)行了設(shè)計與分析。

圖5 內(nèi)話與電臺的PTT 連接及控制

上圖給出了ICS200/60 型內(nèi)話與RS4200 型電臺的PTT 信號在遙控狀態(tài)下的連接方式。E&M 信令中M 線控制語音信號的發(fā)射，E 線控制語音信號的接收，因此內(nèi)話端PTT 信號線接M 線。傳輸端發(fā)送來的PTT 信號接電臺端的E 線。通過上圖，內(nèi)話端通過閉合開關(guān)使得M 線接地，從而產(chǎn)生PTT 信號。電臺端E 線檢測傳輸來的電壓信號，當(dāng)E 線呈低阻態(tài)時（內(nèi)話PTT 接地），光耦合器工作，電臺PTT 信號激活。簡言之，即通過內(nèi)話端M線信號控制電臺端E 線呈高阻或低阻狀態(tài)，從而控制電臺PTT信號的啟動。

3.3 V 類E&M 信令下PTT 傳輸?shù)乃伎?/h3>

V 類E&M 信令下，內(nèi)話端通過M 線控制電臺端E 線從而啟動電臺PTT 信號，在鍵控信號傳輸過程中傳輸設(shè)備起著關(guān)鍵作用，不僅為信號電平的衰減進(jìn)行補(bǔ)償，還對E 線及M 線提供電壓及接地信號，因此在匹配內(nèi)話與電臺端的電壓信號時需要對傳輸設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，以確保設(shè)備運(yùn)行正常。另外對于標(biāo)準(zhǔn)的E&M 信號，當(dāng)中繼線路故障時極有可能出現(xiàn)遙控端電壓檢測單元檢測E 信號為零或負(fù)電壓，從而造成VHF 設(shè)備常發(fā)，因此在調(diào)試設(shè)備時需對PCM 設(shè)備軟件進(jìn)行修改，以防止因線路故障導(dǎo)致的PTT 常發(fā)[4]。

E&M 信令的使用使得民航遙控臺通信得以實(shí)現(xiàn)，目前國內(nèi)遙控臺信號的地面?zhèn)鬏敺绞骄鶠樽庥秒娦呕蚱渌W(wǎng)絡(luò)服務(wù)商的2M 鏈路進(jìn)行中繼傳輸，終端為PCM 設(shè)備，實(shí)現(xiàn)話音信號的數(shù)字化及E1 的成幀處理，話音沒有壓縮，話音質(zhì)量很高且基本沒有延時。相對于傳統(tǒng)的電信PCM 傳輸方式，IP 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，帶寬利用率高且延時較小、價格低廉，可考慮作為民航VHF 話音傳輸?shù)牧硪环N手段。但需要考慮IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中語音信號與信令信號響應(yīng)的實(shí)時性問題。對于PTT 啟動方式中的幻象啟動，因其信令信號疊加在語音信號上，對于IP 傳輸來說是一種不錯的選擇。

4 結(jié)論

本文分析了E&M 信令的工作方式與VHF 設(shè)備PTT 的啟動方式，并以SCHMID 內(nèi)話與RS 電臺為例，研究了PTT 信號在E&M信令下的傳輸與控制。在遙控通信系統(tǒng)搭建過程中，需要詳細(xì)了解本地端和遙控端設(shè)備的PTT 信號控制方式，選擇正確的組合并根據(jù)設(shè)備的工作參數(shù)，匹配其電壓及接地信號才能使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)工作效能。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，IP 網(wǎng)絡(luò)通信得到了廣闊的發(fā)展，對鍵控信號的IP 方式傳輸值得進(jìn)行進(jìn)一步的研究。只有深入的掌握設(shè)備的工作原理并不斷的更新、應(yīng)用新技術(shù)才能更好的維護(hù)設(shè)備，才能更好的保障空管地空通信順暢。

[1]地空通信系統(tǒng)技術(shù)培訓(xùn)教材[M].2009，6.

[2]趙建崗.E&M接口及信令[J].電力系統(tǒng)通信，1996(2).

[3]RS公司.R/S VHF TRANSCEIVER USER MANUAL.

[4]張建杰.E&M信令傳輸中電臺長發(fā)及話音失真現(xiàn)象分析[J].空中交通管理，2011(3).