空管VoIP通信系統互聯互通的研究和實現

魏建宏

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空管VoIP通信系統互聯互通的研究和實現

魏建宏

民航內蒙古空管分局，內蒙古 呼和浩特 010070

VoIP（Voice over IP）話音技術通過IP網絡實時傳送語音信息。與傳統的VHF通信交換網絡相比，VoIP技術可以充分利用網絡資源，簡化傳輸系統的構成，并且不同區域的通信系統可以利用網絡進行互聯互通。

通信系統；互聯互通

1 VoIP通信系統通話質量影響因素

首先要了解影響VoIP通話質量的關鍵技術，結合多種改善措施，針對我國民航的特殊性要求和實際應用背景，選擇適當的方法進行改進，逐步提升語音通話質量。

1.1 影響語音質量的因素

VoIP語音通話質量的影響因素主要包括有帶寬、抖動、延遲、丟包等。

（1）帶寬。帶寬表示數據包在每一秒鐘傳輸的字節數。通常網絡的帶寬越大傳輸的數據包越快，質量將越好。

（2）時延。發送時延表示為信號輸出端的聲音經過話筒提取抽樣之后，傳輸到接收端的時間點之間的差額。通過提升語音壓縮編碼技術、加大帶寬、優化路由算法等可以有效解決此類問題的效率。[1]

（3）抖動。因為網絡的不穩定性導致數據包分組到達的頻率不統一，產生的網絡抖動，影響了通話質量。

（4）丟包。丟包主要分為三部分，①超時丟包：IP數據包在有限的生命周期中，必須傳輸出去，否則將申請丟棄。②網絡堵塞：IP網絡傳輸過程中有可能出現路由算法排隊現象，太多數據包占據緩存區的資源，網絡堵塞極易產生丟包現象。③線路故障：傳送數據包的過程中要經過多層設備及線纜，當其中的某一線纜或設備出現問題，將形成數據丟包。

1.2 提升VoIP語音質量方法

（1）丟包恢復技術。在Internet網絡中，當有信道堵塞時，數據包丟棄的概率提高，同時增大了緩存區的數據堆積，前向糾錯（FEC）技術使用發送端編碼的數據包產生冗余包，與數據包共同傳送到目的地，如果發生丟包事件，將通過冗余度恢復出完整的數據包。[2]

（2）混合算法優化方法。混合算法優化策略將發送端采用奇偶校驗方法對語音信號進行編碼，并且添加了交織編碼方法進行輔助，同時在接收端中運用插值法進行補償，三者有效的結合在一起，盡最大可能把傳輸的信息完整的到達接收端，并完整的表達出來。

在Internet網絡中，丟包的概率是隨機的，無法徹底根除，經過多次的恢復和補償優化信號，盡量做到管制員與飛行員之間的溝通無缺失。算法優化的方法如圖1所示。

圖1 優化算法流程示意圖

（3）硬件設備優化方法。①寬帶利用率。改善的基本思路是將傳輸帶寬的選取和利用加以控制。合理的規劃使用寬帶資源，有利于合理配置管制數據傳輸信道分配。使用VoIP技術通過語音壓縮等方法的優化，可以縮減帶寬。②中繼設備。在傳輸的途中盡可能減少中繼設備的個數。利用獨立的光纖網絡進行通信，VoIP電臺配置獨立的通信通道。另外在中繼設備中添加針對補償丟包的缺失設備，當丟包的概率高于設定的門限值時，補償設備將自動啟動，對其進行修復。

2 空管VoIP-VHF系統平臺及仿真分析

2.1 系統平臺簡介

在完全基于IP的話音系統內，所有終端都用IP通信，網絡具有高可擴展性，高可靠性，完全基于IP的話音系統中沒有“中心交換”設備，是一個“分布式”的系統，每一個終端、席位都是智能的，具有IP功能的話音系統具有很好的發展潛力與可融合性，新的應用可以簡單的融入系統。

如圖所示，基于IP網絡，模擬甚高頻系統可以通過無線通訊網關接入內話，電話系統也可以通過電話網關接入內話，而VoIP電臺不用網關可以直接通過網絡接入VoIP內話席位；同時管理終端可以遠程登陸網絡中的各個節點進行維護，也可登陸數據庫，無線服務器，時鐘服務器進行系統的調試及數據備份。

2.2 混合算法優化策略仿真分析

通過對語音模擬信號進行PCM編碼、抽樣、量化后重新編碼后生成數字信號，再添加IP數據報頭，奇偶校驗編碼得到IP數據包的冗余信息，添加到IP的冗余包，設置交織編碼的分組模式，對丟包信息進行驗證，當超過檢查丟包率的門限值時，設備開始進行自行補償。接收端接收到語音信息IP數據包，對其進行相反的執行過程，解交織，去除IP報頭，數字信號的解碼還原出模擬信號，通過揚聲器輸出語音信息。

3 VoIP通信系統互聯互通實現

所謂區域指揮系統的互聯互通，就是將某個區域內不同空管中心的內話，電話，甚高頻等業務進行聯網，使各地可以在某個特定情況下進行管制接管或管制移交。上述功能的實現，就是基于VoIP話音技術在空管專用網絡中進行傳輸，由各地數字電臺，數字內話等設備進行互聯。如圖2所示為北京區域管制中心與周邊管制中心內話甚高頻設備的連接示意圖。

圖2 Frequentis內話區域超控席位示意圖

如上圖所示，北京、內蒙古、太原之間內話設備實現了互聯互通，假如太原管制中心的區域管制席位出現問題，可通知北京區域管制席位通過網絡及時接管太原的區域。此項工程只要在內話型號相同，及內話配置相應的VoIP網關設備即可實現。

內話無線聯網是指甚高頻VHF電臺就近接入內話系統后，通過該內話系統的無線聯網功能，實現無線VHF設備一地接入，多地共享的地空通信資源配置方案。

三大區管中心建成投入使用后，三地建成了環狀網，各地Frequentis內話通過電信、聯通的光纜鏈路進行互聯互通。在十一五規劃中，可以在此基礎上，華東、華北、中南各自建設以本局ACC為中心節點的星狀網絡，根據各地管制移交協調電話的需求和設備本身的組網能力，將星狀網做大，在三大區管中心之間可以對骨干中繼線路進行擴容，爭取在5年建成具有一定規模的管制移交電話的專用通信網絡。

[1]商麗.VoIP技術在民航空管語音通信系統中的應用[J].中國民用航空，2013，146（2）：47-48.

[2]周剛.民航地空通信的現狀和發展[J].空中交通管理，2001（5）：15-16.

Research and implementation of VoIP communication system interconnection in ATM

Wei Jianhong

Inner Mongolia branch of Civil Aviation，Inner Mongolia Hohhot 010070

VoIP （Voice over IP）voice technology through real-time transmission of voice information exchange network IP network，compared with the traditional VHF communication，VoIP technology can make full use of cyber source，simplifies the structure of transmission system，and communication system in different areas can be interconnected by network.

communication system；interconnection

TN916.2；V355

A

1009-6434（2016）11-0058-02