甚高頻通信過程中音頻電平調(diào)整策略

摘要：隨著民航空管業(yè)務(wù)量迅速增長，對空管系統(tǒng)語音通信提出了越來越高的技術(shù)要求?？罩薪煌ü苤撇块T為保證飛行安全，迫切需要良好的地空通信模式。而甚高頻通信由于視距通信直線傳播的特性，擁有不易受天氣等因素影響，穩(wěn)定性高、外界干擾小的優(yōu)勢，使得甚高頻通信在空中交通管制方面得到廣泛應(yīng)用。本論文基于甚高頻地空通信過程中對各節(jié)點的分析研究，制定了各節(jié)點設(shè)備音頻電平調(diào)整策略，以減少信號傳輸過程對話音質(zhì)量的負(fù)面影響。

關(guān)鍵詞：甚高頻通信；音頻電平

引言

近年來，民航事業(yè)迅猛發(fā)展，飛行流量日益增大，對空中交通管制的要求越來越嚴(yán)苛。相應(yīng)地，管制員對管制手段的可靠性、依賴性方面的要求越來越高。這主要體現(xiàn)在地空通信質(zhì)量需求的提升上。目前的航空移動通信主要以甚高頻通信為主，意味著甚高頻通信過程中，話音通過調(diào)制載波、空間波傳播直至遠(yuǎn)端解調(diào)后依舊在可接受的音頻范圍內(nèi)且音頻不受干擾、失真，音量適宜、吐字辨識度高成為甚高頻通信過程的優(yōu)化考量。而通過對甚高頻通信過程中音頻電平調(diào)整位置的分析，進(jìn)而得出保證管制同機組對話質(zhì)量的最優(yōu)策略。

1 甚高頻通信的應(yīng)用及特點

甚高頻通信在空中交通管制業(yè)務(wù)中，應(yīng)用于實施機場地面滑行管制的場面管制通信及對民用航空器在飛行的各個階段的空中交通管制，包括塔臺管制、進(jìn)近管制、區(qū)域管制；應(yīng)用于機場終端區(qū)情報和航空氣象信息的廣播；應(yīng)用于各類民用航空器進(jìn)行搜尋、救援、救生和應(yīng)急情況下的特殊通信；應(yīng)用于對航空公司運行控制。

甚高頻通信是以超短波工作模式進(jìn)行，頻率較高，表面波衰減較快，且電磁波一般都會穿過電離層而不能被反射回地面，即空間波的方式傳播。正因如此，甚高頻通信距離雖不及短波，但信號質(zhì)量卻能得到保證。而由于通信距離通常為50w電臺功率對應(yīng)300km直線距離。為了滿足甚高頻通信在空中交通管制業(yè)務(wù)中的應(yīng)用需求，故而對甚高頻臺站的布局提出一定要求。往往通過多信道覆蓋來實現(xiàn)單個管制扇區(qū)在航路航線上的通信保證。

2 甚高頻通信地面系統(tǒng)組成

由圖可知甚高頻通信分為地面系統(tǒng)和空中系統(tǒng)。空中系統(tǒng)僅指機載甚高頻設(shè)備，由電臺和天線組成。具體介紹地面系統(tǒng)組成。

以管制員發(fā)信為例：

管制員通過用戶界面，選擇特定頻率的甚高頻信道，啟用頭機、手機等話音采集器收集并將話音信號在終端出處理成數(shù)字信號，即實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過PCM鏈路或VoIP網(wǎng)絡(luò)傳輸至內(nèi)話語音交換系統(tǒng)。

內(nèi)話語音交換系統(tǒng)為交換的核心單元，承擔(dān)著地空話音通信的重要任務(wù)，對空中交通安全管理有不可或缺的作用。它是全數(shù)字化的系統(tǒng)，星形拓?fù)浼叭哂嗟慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計使得它的容錯性大幅提升，能夠?qū)崿F(xiàn)地空間的雙向無阻塞話音通信，能夠保證話音通信的可靠性和及時性。以民航華東空管局使用的奧地利Frequentis公司生產(chǎn)的VCS3020X系列內(nèi)話語音交換系統(tǒng)為例，系統(tǒng)基于PCM/TDMA通信，通過操作席位部分，即管制用戶界面，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號搭載光纖組成的核心交換主干網(wǎng)，622Mbit/s帶寬上承載所有交換業(yè)務(wù)，實現(xiàn)話音與數(shù)據(jù)的交互傳輸。最終通過無線通道板卡，將數(shù)字信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后送至對應(yīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)傳輸，由各地空管局組建的中國民航數(shù)據(jù)網(wǎng)，以ATM信元交換技術(shù)為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)對ATM、FR、CES、X.25/HDLC/SDLC、IP及語音等業(yè)務(wù)的支持，并能提供專線連接、VPN、局域網(wǎng)互聯(lián)、程控交換機PBX互聯(lián)等服務(wù)。支持提供覆蓋全國、各種規(guī)模和不同質(zhì)量要求的數(shù)據(jù)和專線服務(wù)，滿足接入空管內(nèi)話業(yè)務(wù)、民航自動轉(zhuǎn)報業(yè)務(wù)、甚高頻業(yè)務(wù)、雷達(dá)信號引接業(yè)務(wù)、程控交換機PBX聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、民航氣象業(yè)務(wù)、航行情報業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)鏈業(yè)務(wù)、民航信息化業(yè)務(wù)、數(shù)字集群聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、基于X.25數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。經(jīng)內(nèi)話語音交換系統(tǒng)處理后的話音信號通過網(wǎng)絡(luò)中繼E&M傳輸或PCM透傳至對應(yīng)甚高頻遙控臺。

在遙控臺處，話音信號輸入甚高頻電臺，經(jīng)音頻放大器處理后同本地振蕩器混頻，搭載載波后的射頻信號經(jīng)過前置放大器、高頻放大器后由天線輻射發(fā)出，以廣播的方式發(fā)送給同頻率的接收電臺，包括特定目標(biāo)機組的接收電臺。

以上便是整套甚高頻系統(tǒng)地面系統(tǒng)的發(fā)信通信流程。收信流程倒置即可，各節(jié)點組成不變。

3 音頻電平

3.1 音頻電平概念及分類

音頻電平為話音信號在電路中兩點或幾點在相同阻抗下電量（指電功率或電壓等）的相對比值，取對數(shù)，以分貝（dB）表示?？展芟到y(tǒng)中使用的音頻電平是基于600Ω音頻線路阻抗的相對值。按照信號流程劃分，音頻電平分為音頻輸入電平、音頻輸出電平。

3.2 音頻電平調(diào)整目的

（1）使話音信號經(jīng)過甚高頻通信后仍處于人體可接受的音量范圍內(nèi)。

（2）使放大電路適應(yīng)傳輸?shù)脑捯粜盘枺苊庑盘柺д妗?/p>

人體可接受的輸入音頻信號在300Hz～3400Hz之間。通過音頻電平的調(diào)整，使得管制員和機組即使音色、音域各不相同，仍能保持對端收到較為穩(wěn)定清晰的話音，即調(diào)整音頻電平的主要目的。

4 音頻電平調(diào)整策略

甚高頻通信過程中音頻電平的調(diào)整可在以下節(jié)點實現(xiàn)：

（1）管制發(fā)信階段，可調(diào)整的節(jié)點有內(nèi)話系統(tǒng)的話音輸出電平、網(wǎng)絡(luò)傳輸中的路由器端口電平（本端/對端）、發(fā)信電臺的音頻輸入電平。

（2）管制收信階段，可調(diào)整的節(jié)點有內(nèi)話系統(tǒng)的話音輸入電平、網(wǎng)絡(luò)傳輸中的路由器端口電平（本端/對端）、收信電臺的音頻輸出電平。

音頻的標(biāo)準(zhǔn)測試參考為1KHz、0dBm。從表1中可以看出，地面系統(tǒng)傳輸過程中，內(nèi)話系統(tǒng)內(nèi)部衰減大致在5 dB左右；其它線路上衰減大致在15 dB，這些衰減主要是由各節(jié)點線架線路阻抗導(dǎo)致。

通過現(xiàn)場運行測試，得到以下電平調(diào)整主體策略：

（1）在發(fā)信階段，話音信號較弱的情況下，增大內(nèi)話系統(tǒng)處話音輸出電平的效果要優(yōu)于甚高頻電臺端減小音頻輸入電平。同理在收信階段則是通過調(diào)整甚高頻電臺音頻輸出電平實現(xiàn)話音信號優(yōu)化。通過話音信號源頭進(jìn)行信號增益，可以避免對傳輸過程中噪聲干擾信號的放大，在電臺端達(dá)到更為理想的信噪比。

（2）路由器端口增益盡量不作修改。此舉便于信道管理，路由器所連為雙中繼鏈路自動切換，更適宜采用默認(rèn)狀態(tài)。且路由器增益更改將同時影響收發(fā)雙向信號，缺乏針對性。

5 結(jié)論

本論文基于理論基礎(chǔ)及運行經(jīng)驗，對甚高頻地空通信過程中各節(jié)點的研究分析，得出音頻電平調(diào)整策略為主要調(diào)整發(fā)信源頭音頻電平參數(shù)，終端次之，以達(dá)到信號最優(yōu)。如此，音頻信號質(zhì)量更容易得到保證，且相對統(tǒng)一的數(shù)據(jù)更改位置，便于運行資料管理。

參考文獻(xiàn)

[1] 民航教程編委會.民航概論.經(jīng)濟(jì)日報出版社，2015.

[2] MH/T 4001.1-2016 甚高頻地空通信地面系統(tǒng)第1部分：話音通信系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，2016

作者簡介：趙敏寅，1987年1月，男，漢，上海人，本科，工程師，研究方向：內(nèi)話語音交換。

（作者單位：中國民用航空華東地區(qū)空中交通管理局）