VoIP技術(shù)在甚高頻地空通信系統(tǒng)中的運(yùn)用

倪國祥

（中時(shí)訊通信建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510030）

0 引 言

近些年，中國民航交通運(yùn)輸發(fā)展不斷提速，航空運(yùn)輸量不斷增長(zhǎng)，對(duì)空中交通管理提出了更多和更高的要求。甚高頻地空通信系統(tǒng)是空中交通管理的重要構(gòu)成，其運(yùn)作情況直接關(guān)系到交通管理工作的效果[1]。以往的低空通信系統(tǒng)基于TDM/PCM實(shí)現(xiàn)通信，暴露出傳輸速度緩慢和資源共享率偏低等不足。VoIP技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用為Internet的發(fā)展提供了強(qiáng)大動(dòng)力，為地空通信方式提供了技術(shù)支撐，在創(chuàng)新資源共享形式與提升信息傳輸效率方面表現(xiàn)出良好的性能。

1 VoIP技術(shù)簡(jiǎn)介

VoIP技術(shù)實(shí)質(zhì)上是依托IP及Internet網(wǎng)絡(luò)整改語音信號(hào)形式，誘導(dǎo)模擬語音信號(hào)向數(shù)宇信號(hào)轉(zhuǎn)變。信號(hào)會(huì)基于數(shù)據(jù)封包的形式被整合至傳輸通道，因此傳輸通道的另一側(cè)端便能快速和完整地接收語音信息。MGCP、H.323.、MEGACO以及SIP等均是常用的協(xié)議序列。需注意，不同序列持有的功能不同。媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（Media Gateway Control Protocol，MGCP）在協(xié)議調(diào)控領(lǐng)域中發(fā)揮著主要作用，能夠操作和控制中心控制臺(tái)，發(fā)揮中心控制的功能，其中IP電話和IP網(wǎng)絡(luò)是主要的調(diào)控對(duì)象。以上對(duì)象出現(xiàn)的事件會(huì)處于實(shí)時(shí)被監(jiān)控的狀態(tài)，而有關(guān)信息也會(huì)被傳送到指定地址[2]。信號(hào)傳輸階段，技術(shù)人員需擬定數(shù)種邏輯程序，如控制單元、網(wǎng)管以及關(guān)守等，作出的具體協(xié)議還需有H.232協(xié)議的輔助。會(huì)話發(fā)起協(xié)議（Session Initiation Protocol，SIP）隸屬于應(yīng)用層控制協(xié)議，功能以操作控制現(xiàn)實(shí)會(huì)話過程為主，參與會(huì)話組織、整頓以及終止過程。MEGACO的控制對(duì)象以網(wǎng)關(guān)協(xié)議單元為主，在具體實(shí)踐中能實(shí)現(xiàn)有效控制分離呼叫的目標(biāo)。VoIP技術(shù)內(nèi)融合了多種協(xié)議，使得該項(xiàng)技術(shù)的功能更為強(qiáng)大，在實(shí)踐中取得了優(yōu)異成果。

2 傳統(tǒng)的甚高頻地空通信傳輸信號(hào)

在中國航空運(yùn)輸事業(yè)持續(xù)發(fā)展的大背景下，甚高頻波段通信形式逐漸取代高頻短波通信，更好地滿足了航空通信的現(xiàn)實(shí)需求。傳統(tǒng)意義上的甚高頻通信其實(shí)在地空通信系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)有較長(zhǎng)的應(yīng)用歷程，主要采用數(shù)個(gè)遙控臺(tái)有針對(duì)性地遠(yuǎn)程遙控信號(hào)收發(fā)信機(jī)，然后將信號(hào)統(tǒng)一傳輸并匯總到PCM遙控臺(tái)內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)PCM終端設(shè)備的控制，發(fā)揮自身的內(nèi)話與監(jiān)控功能。但是，這種傳統(tǒng)通信形式已經(jīng)難以滿足航空通信的現(xiàn)實(shí)需求。在信息化技術(shù)的引領(lǐng)下，該通信模式不斷優(yōu)化與革新[3]。構(gòu)建的新型甚高頻通信系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)信號(hào)通信方式，使用TDM數(shù)字音頻，利用PCM數(shù)字復(fù)用器取代遙控臺(tái)，使語音信號(hào)更高效和快速地傳輸。此外，模擬語音信號(hào)也被投用于該系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了語音信號(hào)的傳輸交換效率，但也暴露出一定的問題。模擬語音信號(hào)對(duì)寬帶的利用效率整體處于較低水平，只有寬帶應(yīng)用階段取得明顯成效時(shí)才不會(huì)對(duì)語音信號(hào)傳送容量設(shè)置較高的約束條件，且鏈路的后期運(yùn)維和租賃費(fèi)用均處于較高水平[4]。

3 VoIP技術(shù)的發(fā)展與在甚高頻地空通信系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 優(yōu)勢(shì)分析

在中國航空事業(yè)壯大發(fā)展過程中，它對(duì)地空通信系統(tǒng)提出了更高和更多樣化的要求，而傳統(tǒng)通信形式的缺點(diǎn)逐漸暴露，適用性明顯不足。在信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展下，基于IP網(wǎng)絡(luò)傳輸建設(shè)的通信系統(tǒng)逐漸成為主流。當(dāng)下，國內(nèi)外很多VHF設(shè)備制造商陸續(xù)開始停止生產(chǎn)傳統(tǒng)的模擬電臺(tái)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃熘С諺oIP技術(shù)運(yùn)行的數(shù)字電臺(tái)[5]。在歐洲，當(dāng)下VoIP技術(shù)已在各大民航公司普及應(yīng)用。為了促進(jìn)VoIP技術(shù)推廣，歐洲空管組織循序漸進(jìn)推行應(yīng)用VoIP標(biāo)準(zhǔn)。中國民航創(chuàng)建了VoIP技術(shù)科研小組，并在長(zhǎng)期的實(shí)踐中取得了較理想的成績(jī)。R&S公司于深圳南航和呼和浩特創(chuàng)建了VoIP語音信道，使得信號(hào)傳送質(zhì)量明顯優(yōu)于傳統(tǒng)傳輸模式。與傳統(tǒng)傳輸模式相比，VoIP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)明顯。第一，成本偏低?；ヂ?lián)網(wǎng)大環(huán)境中存在諸多應(yīng)用系統(tǒng)，部分系統(tǒng)在隱形場(chǎng)景下會(huì)收取一定的費(fèi)用。VoIP技術(shù)是依托于互聯(lián)網(wǎng)而存在的應(yīng)用形式之一，在大部分情景下的應(yīng)用是免費(fèi)的，只有被用于公共開關(guān)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)銜接業(yè)務(wù)時(shí)才會(huì)產(chǎn)生一定的費(fèi)用。第二，業(yè)務(wù)更具靈活性。VoIP技術(shù)不僅能傳輸語音、視頻以及信息，還能結(jié)合自己的主觀意愿設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w時(shí)間，并且在一些新興業(yè)務(wù)拓展業(yè)務(wù)范疇方面表現(xiàn)出了較高的適用性[6]。第三，便捷性強(qiáng)。在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，只要有網(wǎng)絡(luò)便能使用VoIP技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)。此外，VoIP技術(shù)應(yīng)用階段無需系統(tǒng)化地維護(hù)各級(jí)程控交換機(jī)，只需開通網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器即可?？梢?，VoIP的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式更具簡(jiǎn)潔性。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 語音編碼

信號(hào)轉(zhuǎn)換流程復(fù)雜且維持著一定的秩序。模擬信號(hào)需歷經(jīng)采集、維持、量化以及編碼過程后才能轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。編碼器通常有波形、混合以及參數(shù)編碼3種類型。高度復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)化過程間接地為語音信號(hào)傳輸質(zhì)量提供了保障，并且明顯降低了信源編碼的比特值。

3.2.2 實(shí)時(shí)傳輸

實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（Real-Time Transport Protocol，RTP）是傳輸信息數(shù)據(jù)的重要支撐。RTP的最大功能是為控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)階段提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，主要由數(shù)據(jù)和控制兩大部分構(gòu)成。

3.2.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸

通信系統(tǒng)主要通過TCP和UDP實(shí)現(xiàn)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)傳輸。從宏觀上分析，網(wǎng)關(guān)互聯(lián)與管理、路由的選用均隸屬于網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的范疇。

3.3 技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用前景分析

3.3.1 甚高頻地空通信系統(tǒng)

IP電話和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)功能強(qiáng)大是VoIP典型的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。地空通信系統(tǒng)內(nèi)，交控可整合VoIP技術(shù)和運(yùn)營商通信專項(xiàng)服務(wù)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建專門化的地空通信網(wǎng)絡(luò)，以保障系統(tǒng)通信質(zhì)量和過程安全性，提升信號(hào)傳輸速度與效率[7]。新型VoIP技術(shù)運(yùn)用階段使用IP網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)模式的點(diǎn)到點(diǎn)間通信方式，以IP分組化網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，明顯提升了寬帶資源的利用效率。該項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用階段需綜合多種客觀環(huán)境因素，立足于民航空中交管實(shí)況，將VoIP技術(shù)和通信領(lǐng)域內(nèi)其他系統(tǒng)相整合，有針對(duì)性地調(diào)整甚高頻收發(fā)信機(jī)，進(jìn)而保障語音信號(hào)實(shí)現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)化與傳輸。傳輸?shù)恼Z音信號(hào)能被完整錄入和存儲(chǔ)，從而為后期空管工作人員查詢和調(diào)用創(chuàng)造了便利條件。IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用過程中還在終端設(shè)備與收發(fā)信機(jī)間構(gòu)建了一個(gè)專門錄音通道，確保了語音信息溝通內(nèi)容記錄的時(shí)效性和完整性。

3.3.2 空管語音交換系統(tǒng)

地空通信系統(tǒng)是一種專用型通信終端設(shè)備，可以將其簡(jiǎn)稱為內(nèi)話系統(tǒng)。它具有強(qiáng)大且完善的功能，依靠各種交換系統(tǒng)順利訪問和傳送各種通信資源，并以通信通道為載體把數(shù)據(jù)信息傳送至各需求終端。具體工作原理是接入有線通信與無線通信等諸多通信資源，將相關(guān)通信資源分類規(guī)劃至對(duì)應(yīng)的管制范疇，為工作人員快速銜接應(yīng)用創(chuàng)造便利條件，實(shí)現(xiàn)了地面與空中、地面和地面之間的語音通信。以往的很長(zhǎng)一段時(shí)間，多路復(fù)用與脈沖編碼調(diào)制技術(shù)在空中交管語音系統(tǒng)仿真階段均有廣泛應(yīng)用。當(dāng)下語音交換系統(tǒng)明顯改變，中國航空事業(yè)發(fā)展中把該系統(tǒng)用于語音和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)領(lǐng)域的訴求，而VoIP技術(shù)內(nèi)的IP網(wǎng)絡(luò)在語音數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域中表現(xiàn)出了較高的適用性，預(yù)示著IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用階段能較好地滿足地空通信系統(tǒng)與語音通信在技術(shù)層面上提出的要求。例如，精確采集系統(tǒng)中的語音信息，在提升該系統(tǒng)服務(wù)高質(zhì)量需求的基礎(chǔ)上，最大限度地提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。參照當(dāng)下IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，VoIP技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)諸多[8]。第一，保障語音通信系統(tǒng)的通信服務(wù)質(zhì)量。第二，運(yùn)行安穩(wěn)性更高。在VoIP技術(shù)的協(xié)助下，交管系統(tǒng)可以構(gòu)建符合自身持續(xù)發(fā)展需求的局域網(wǎng)，和其他網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化隔離，進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程的穩(wěn)定性。第三，多種存在差別的主網(wǎng)被整合至同個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，并且會(huì)以IP分組網(wǎng)業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)進(jìn)行運(yùn)作。運(yùn)行階段的資金投入量明顯降低，語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)更具靈活性。第四，IP分組網(wǎng)絡(luò)提供的路由選擇更具靈活性，有益于降低設(shè)備運(yùn)行階段突發(fā)故障的概率[9]。第五，運(yùn)用IP網(wǎng)絡(luò)階段，各個(gè)站點(diǎn)均能夠順利訪問與查詢系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，并且可以結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求辨識(shí)信息所屬類別進(jìn)行合理分類，進(jìn)而更好地滿足廣大用戶遠(yuǎn)距離查詢與管理控制系統(tǒng)信息的現(xiàn)實(shí)需求。

3.3.3 語音系統(tǒng)中不同內(nèi)話系統(tǒng)資源的共享

內(nèi)話系統(tǒng)為地空通信和地地通信系統(tǒng)內(nèi)的重要設(shè)備類型之一。VoIP技術(shù)利用自身持有的IP網(wǎng)絡(luò)傳輸形式，同步強(qiáng)化了控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和擴(kuò)容性。因?yàn)閂oIP利用分布式傳輸形式，所以語音控制系統(tǒng)內(nèi)未配置中心設(shè)備，而各種終端設(shè)備朝著智能化方向發(fā)展，有益于進(jìn)一步填充內(nèi)話系統(tǒng)的資源共享功能，引領(lǐng)其創(chuàng)新發(fā)展過程。在VoIP技術(shù)的協(xié)助下，各種類型通信資源將會(huì)被順利整合至IP網(wǎng)絡(luò)中，并以通信協(xié)議為支撐，較好地滿足高頻電臺(tái)與內(nèi)話系統(tǒng)之間的聯(lián)通需求，進(jìn)而順利構(gòu)建不同類型電臺(tái)與內(nèi)話系統(tǒng)之間的互聯(lián)關(guān)系，確保互聯(lián)網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的甚高頻均可被內(nèi)話系統(tǒng)使用，達(dá)到互聯(lián)共通的目標(biāo)[10]。例如，采用IP/模擬電臺(tái)與模擬/IP內(nèi)話系統(tǒng)互聯(lián)技術(shù)，等同于使用網(wǎng)關(guān)技術(shù)銜接不同廠家IP/模擬甚高頻電臺(tái)接口，并支持模擬/IP通信的內(nèi)話系統(tǒng)。

4 結(jié) 論

VoIP技術(shù)是航空通信行業(yè)近些年開發(fā)的一種新技術(shù)，能夠加快航空地空通信系統(tǒng)的完善與優(yōu)化過程，為通信與語音交互系統(tǒng)的發(fā)展提供技術(shù)支持。VoIP技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，運(yùn)行費(fèi)用偏低，在民航語音信號(hào)傳輸領(lǐng)域有較大的應(yīng)用潛力，可以滿足航空事業(yè)現(xiàn)代化和智能化發(fā)展的需求，具有較高的推廣價(jià)值。