基于大區(qū)域運行模式的甚高頻通信可靠性分析

摘要：甚高頻通信模式是遠程、大規(guī)模通信的核心，它對高可靠度的要求很高。通過建立主、備用、應急等多個立體聲傳輸模式，增強了 VHF通信的可靠性。本論文的重點是對 VHF通信的完整性進行研究，并對其可靠性進行數(shù)學建模，同時對其進行改進，以期為相關工作提供參考。

關鍵詞：大區(qū)域運行模式；高頻通信；可靠性

李晶（1992.06-），女，漢族，青海海東，本科，工程師，研究方向：民航通信工程。

隨著我國經(jīng)濟和社會的發(fā)展，航空工業(yè)的安全發(fā)展受到了越來越多的重視。中國在廣州，北京，上海，成都，西安等地設立了多個區(qū)域監(jiān)控中心，以增強大范圍的運營能力，同時也為航空公司VHF通信的可靠性研究創(chuàng)造良好條件。

一、甚高頻通信系統(tǒng)簡介

（一）民航數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述

隨著中國航空業(yè)的迅速發(fā)展以及科學技術的飛速發(fā)展，中國民航數(shù)據(jù)通信服務規(guī)模也在迅速增長。但就現(xiàn)有的話音通信技術而言，由于通信通道擁擠，通信過程容易受人為干擾，嚴重影響了飛機的飛行安全與規(guī)劃。因此，在這樣的大環(huán)境下，地面與空中數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)得到了廣泛應用，因為它具有較高的傳輸速度和抗干擾能力。地空數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是一種低誤比特率、高可靠性的通信系統(tǒng)。中國的數(shù)據(jù)通信技術為航空運輸系統(tǒng)提供了ATM、X.25/HDLC/SDLC、IP和語音等多個功能，為民用航空和專用網(wǎng)絡的互聯(lián)互通提供了基礎。這使得數(shù)據(jù)通信技術在民用航空領域得到了廣泛應用，為中國民航各大機場的業(yè)務提供了較好的數(shù)據(jù)支撐和專用專線服務。它有助于協(xié)助航空公司完成交換機聯(lián)網(wǎng)、語音撥號等業(yè)務，并可針對民航空管業(yè)務的具體需求，提供不同規(guī)模、不同業(yè)務的 VPN應用需求。

（二）民航甚高頻通信系統(tǒng)內(nèi)涵

VHF通信是民用航空通信中的關鍵環(huán)節(jié)。VHF通信系統(tǒng)在民用航空中扮演著重要角色，能夠提供民用飛機起飛所需的信息，并實現(xiàn)飛機與飛機、飛機與控制中心的數(shù)據(jù)交流和通信，從而使民航的雙向信息傳遞更加完善。因此，飛行員要熟練運用VHF通信技術，并能適應不同的工作需求。一般情況下，民用VHF的VHF頻率是118.000MHz～137.975MHz，而在通信期間，VHF的間隔區(qū)間為25kHz。這種頻率和間隔的限制會對VHF系統(tǒng)的使用產(chǎn)生一定的影響，需要采用合理的方法來解決這些問題。

二、民航甚高頻通信系統(tǒng)無線電干擾的類型及成因分析

（一）互調(diào)干擾

互調(diào)干擾主要是由于電路的非線性引起的。根據(jù)其位置的不同，可將其分成發(fā)送端和接收端兩類。后者主要是指兩個以上的干擾信號結(jié)合在混合器的輸入上所構(gòu)成的。在第一種情況下，主要是由于發(fā)射機其它通道的傳輸信號與終端設備相連，所以在功率放大器電路中發(fā)送的信號經(jīng)過調(diào)制而得到新的頻率組合。這個干擾信號和一個有用的信號塊一起被傳輸，這樣就構(gòu)成了一個發(fā)送器的互調(diào)干擾。而互調(diào)干擾，不但會對 VHF通信系統(tǒng)的通話品質(zhì)有很大的影響，而且會使信號失真，使塔臺與機載通信中斷，嚴重影響地面通信。

（二）交調(diào)干擾

民航甚高頻（VHF）通信系統(tǒng)無線電干擾是指在航空通訊中，通過VHF頻段進行的無線電通訊受到意外的電磁波干擾，導致通信質(zhì)量下降或無法正常進行通訊的現(xiàn)象。其中一種類型的干擾是交調(diào)干擾。交調(diào)干擾是指在飛機內(nèi)部或周圍環(huán)境中發(fā)生的電子設備間相互之間的干擾。其成因主要有以下幾個方面：第一，飛機設備問題。飛機內(nèi)設備的磨損或故障可能會產(chǎn)生電磁輻射，干擾相鄰設備的正常工作。第二，電磁兼容性問題，飛機上安裝的不同設備和系統(tǒng)之間需要有效的電磁兼容性來避免干擾。如果這些設備未能滿足相關的電磁兼容性標準，就可能在使用過程中產(chǎn)生交調(diào)干擾。第三，飛機外部環(huán)境干擾。飛機處于復雜的電磁環(huán)境中，如雷暴、雷達信號或其他無線電源等。這些外界因素可能會影響飛機內(nèi)部無線電設備的正常工作，從而導致交調(diào)干擾的發(fā)生。第四，人為因素。人為操作不當、設計缺陷或維護問題均可能引發(fā)交調(diào)干擾。

（三）副波道干擾

這種中頻通道是由干擾與局部相結(jié)合而構(gòu)成的，它既是子波道，也是寄生通道。在這些信號中，子信道的干擾是最多的，而在中頻和圖像方面的干擾則是最多的。當干擾信號與接收器的中頻頻率相近或相等時，就會產(chǎn)生中頻干擾。當干擾頻率與所接收的頻譜相對應時，就會產(chǎn)生圖像干擾。

（四）阻塞干擾

高功率的無線電波若接近接收機，會使接收端受到強烈訊號的干擾，若訊號受到干擾，則訊號的振幅會大幅下降，甚或不能接收，會嚴重影響接收機的正常工作。

三、民航甚高頻通信系統(tǒng)的問題及相關的原因

無線電磁環(huán)境對 VHF通信的影響非常顯著，主要表現(xiàn)為各種干擾，包括互調(diào)干擾、交調(diào)干擾、子信道干擾和阻塞干擾等。其中，互調(diào)干擾是由于電路的非線性而產(chǎn)生的。互調(diào)干擾主要分為發(fā)送器和接收器兩種類型，根據(jù)發(fā)生干擾的位置不同而有所區(qū)分。在混合器的輸入端，通常會有兩種以上的干擾信號共同作用，從而導致互調(diào)干擾的產(chǎn)生。發(fā)射器型干擾的產(chǎn)生主要是由于發(fā)射端的發(fā)射信號。由于功率放大電路還傳送信號，兩個發(fā)射信號都有一個新的頻率組合，因此，有效的信號會被傳送到新的混合信號和新的混合信號中，從而產(chǎn)生了一個發(fā)射模式之間的相互干擾。如果接收機離大功率的無線電臺過近，就會出現(xiàn)嚴重的信號干擾現(xiàn)象。當干擾非常強烈時，信號被截斷，有效信號的輸出會受到很大影響，導致接收器無法正常工作，從而對接收器造成重大影響。這是一種阻止正常接收的方法。子信道或雜散通道的產(chǎn)生是由于與本機振蕩器的相位結(jié)合造成的。在常見的日常干擾中，子通道干擾是最普遍的一種。IF干擾是由干擾信號造成的，它與接收器的 IF頻率一樣。另外，當干擾的頻率位于圖像的位置時，就會產(chǎn)生圖像干擾。

四、甚高頻通信系統(tǒng)可靠性方面的影響因素

（一）VHF通信設備因素

為了保障 VHF通信系統(tǒng)的可靠運行，首先要保證通信設備自身的品質(zhì)。在 VHF通信中，硬件設備是實現(xiàn)無線通信的物質(zhì)基礎。只有確保系統(tǒng)的整體性能和良好的性能，才能確保系統(tǒng)的實時、可靠。在民航行業(yè)，民航公司的客戶是一般民眾，而航空公司則是民航公司的客戶。目前，我國民航企業(yè)的資本儲備水平還存在著一定的差距。在VHF通信中，設備質(zhì)量、日常維護與維護是影響通信質(zhì)量的關鍵。另外，民用 VHF通信設備除了系統(tǒng)設備外，還包括一系列的地面通信設備。這些儀器的質(zhì)量與完整性將對地面與空中通信的質(zhì)量和效率產(chǎn)生重要影響。如果出現(xiàn)故障，可能會引起技術人員進行錯誤的技術判斷，從而產(chǎn)生嚴重后果。這是影響飛機飛行和指揮安全的一個重要因素。

（二）互調(diào)干擾

民用 VHF通信線路具有很強的非線性特性，因此很容易產(chǎn)生互調(diào)干擾。由于互調(diào)干擾的存在，將會對 VHF通信系統(tǒng)的安全性產(chǎn)生不利影響，從而導致信號不穩(wěn)定，甚至導致控制臺失去對飛機的控制，給民航的正常運行帶來很大的危害。互調(diào)干擾可分為發(fā)送端干擾和接收端干擾兩類。盡管兩種干擾有不同的起因，但都會產(chǎn)生較大的互調(diào)干擾，對飛機的正常運行產(chǎn)生一定影響。

（三）地空通信電臺干擾

航空公司的高風險使得其安全問題日益突出。當前，民航通信安全、運營安全等問題越來越受到人們的重視。隨著計算機、通信、智能等技術的不斷發(fā)展， EMI問題日益凸顯。我國正面臨著日益嚴峻的無線和 EMI等問題。民用航空 VHF地面通信系統(tǒng)在使用時，若出現(xiàn) EMI，將會對地面與空中的通信造成直接的影響。其最直接的后果就是飛行員不能清晰地接到控制人員的指示，控制人員也不能與駕駛員進行有效交流，從而導致飛機飛行安全問題。另外，若民用 VHF地面通信臺在通信過程中遇到其它外界信號的干擾，如惡劣天氣、突發(fā)事件等，無法及時應對，將會造成嚴重的航空安全事故。在此背景下，為改善民航 VHF通信系統(tǒng)的工作效率，必須解決干擾問題，并制定相應的優(yōu)化措施。

（四）終端設備故障

在民用航空 VHF通信中，除設備本身的品質(zhì)及干擾因素之外，終端故障對 VHF通信的可靠性有很大的影響。在系統(tǒng)的運行中，若操作終端發(fā)生故障，將會引起多個部件的失效，嚴重的可能造成整個系統(tǒng)的崩潰。當出現(xiàn)故障時，要進行定位和排除，依據(jù)技術說明書對故障原因進行分析，并據(jù)此制訂相應的解決辦法。除常見的故障外，終端設備也有可能出現(xiàn)異常觸摸、線路異常、通信語音等問題，必須依據(jù)系統(tǒng)的類型來確定故障的具體部位，以確定故障的原因，如有異常的參數(shù)或零件，則需依據(jù)判斷進行維修和替換。

五、提高甚高頻通信可靠性的方法

（一）建立異地備份甚高頻臺

遠程備份是指在不同的位置，根據(jù)通信數(shù)據(jù)的采集需求，建立多個 VHF備用站。更多的號碼意味著更安全的交流。中國西北空管理局和西安空管中心對高海拔地區(qū)實施了“雙覆蓋”，以保證各地區(qū)的“扇區(qū)”覆蓋。若在所要覆蓋的地區(qū)中設有三個以上的頻段，則可實現(xiàn)99%的裝備保障。

（二）多個相互獨立運營商提供通信傳輸鏈路

遠程備份的目的是提高通信傳輸?shù)目煽啃裕貏e是在傳輸鏈路容易出現(xiàn)故障的情況下。以某中國航空公司為例，其采用的運行方式為“雙鏈路”。在VHF主傳送裝置FA16的傳輸鏈路上，有兩個傳輸鏈路與不同的運營商相連。通過使用不同運營商的傳輸鏈路，可以降低單一運營商傳輸鏈路故障對通信的影響。這種方式可以提高主要傳輸鏈路的可靠性。在VHF后備傳送裝置FA36傳輸鏈路中，主要使用KU和C頻段進行傳輸。這樣可以實現(xiàn)VHF空對地后備呼叫。采用不同頻段的傳輸鏈路可以進一步提高通信系統(tǒng)的可靠性。

（三）將業(yè)務接入至不同的設備

通過對并聯(lián)結(jié)構(gòu)的分析，得出了并聯(lián)結(jié)構(gòu)對提高系統(tǒng)的可靠性有很大的影響。在不同的扇區(qū)和位置之間建立并聯(lián)連接時，應根據(jù)實際需求進行選擇，以確保各模塊間的備份和冗余。此外，在為了保證并聯(lián)的合理性，還必須考慮到所需的電纜和供電的形式。

（四）減少高頻信號傳輸環(huán)節(jié)

為了增強超高發(fā)射信號的強度，必須在發(fā)射時增加串聯(lián)鏈路，并對其進行可靠性分析。如果要減小信號傳送鏈路，可以實現(xiàn)多跳的信號傳送。這意味著信號會經(jīng)過多個中繼站傳送，從而增加了傳送的距離和路徑，但也增加了信號的傳輸時間和可能的干擾。通過對西北 VHF遠程控制臺所采集到的數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)其信號的傳遞比較有條理，這說明該系統(tǒng)的傳送路徑較為簡化和優(yōu)化。為了改善傳送系統(tǒng)的性能，可以采用一般的接收和傳送方式，而不是采用特定的串行方式。國內(nèi)的 VHF通信系統(tǒng)采用FA16和FA36，這是串行方式的協(xié)議。為了提高高頻信號的傳輸可靠性，必須對其進行簡化，減少多跳的概率，并增加共用的發(fā)射和接收方式。

（五）提高內(nèi)話系統(tǒng)的可靠性

本區(qū)域主要采用傳輸、VHF及內(nèi)部控制中心等方式。為了提高VHF通信系統(tǒng)的可靠性，必須對本地區(qū)的年度可靠度進行統(tǒng)計，找出整體可靠性，在VHF通信系統(tǒng)中加入對講系統(tǒng)的并行方式，以提高系統(tǒng)的可靠性。

（六）加強異地備份工作

加強民航 VHF通信系統(tǒng)的遠程后備工作，是保障 VHF通信系統(tǒng)可靠度的重要保障。根據(jù)不同地區(qū)的特殊條件，可以進行VHF通信平臺備份工作，特別是在相同區(qū)域內(nèi)。備份可以在不同位置進行，以確保VHF通信系統(tǒng)的可靠性。在備份過程中，需要根據(jù)本區(qū)域的特點對 VHF通信平臺進行控制。一般而言，備份的平臺數(shù)量在3個左右是適宜的。這樣的備份工作可以為民用 VHF通信系統(tǒng)提供可靠的保障。在高空扇區(qū)的遠程備份中，扇區(qū)的工作狀況是保證通信質(zhì)量的關鍵。通常情況下，兩個VHF通信平臺都是必需的。經(jīng)試驗和分析表明，在相同扇區(qū)下使用多個VHF通信平臺是影響穩(wěn)定性的重要因素。增加民用VHF通信平臺的數(shù)量既可以降低信道干擾，也可以確保VHF通信系統(tǒng)的可靠性，進而確保飛機的安全運行。

（七）注重優(yōu)化通信干線

為了保證民用 VHF通信系統(tǒng)的可靠度，必須著重對通信干線進行優(yōu)化，以解決主干線布線時的不穩(wěn)定問題。在前期的準備工作中，維修技術人員要對主干線的運行狀況進行統(tǒng)計，并對故障信息進行匯總，同時對通信網(wǎng)的主干進行處理。在這個階段，我們要堅持實事求是的基本方針。為了保證民用VHF通信系統(tǒng)的可靠性，必須結(jié)合不同的供貨商，對不同的通信線路進行分析和理解。比如在通信干線優(yōu)化時，可以充分利用雙主干線的優(yōu)點，將電信網(wǎng)和聯(lián)通網(wǎng)相結(jié)合，二者均為2M線。這樣的模型在實際中具有明顯的優(yōu)勢。當主干線出現(xiàn)故障時，備用中繼能及時傳送信息。該方法以衛(wèi)星為主要傳輸手段，采用雙主干線，能有效避免外部因素的影響，并能有效保障VHF通信系統(tǒng)的正常工作，防止信息丟失。

（八）加強頻率管理

對于民航VHF地空通信面臨的多種干擾因素影響，我們需要進行全面的分析和優(yōu)化。單一的方法和技術無法徹底解決這些問題，因此需要從基層治理著手，全面剖析，找出問題的根本原因，并結(jié)合已有的技術不斷改進和完善頻率管理。為降低同頻干擾，我們需要保證射頻保護率遠遠高于接收機輸入，同時降低干擾信號的強度，使其不大于射頻信號的50%。另外，在進行頻率控制時，必須對 RF的保護比率進行科學的分析。比如，在山區(qū)等邊遠地區(qū)，可以采用窄帶調(diào)頻方式，并確保頻率保護比率在10-2dB以上，而15dB的調(diào)幅方式會有一定的局限性。另外，在地面通信臺的間距上，規(guī)定了5倍以上的超短波通信距離，以作為同一通道的復用距離。對于偏遠地區(qū)、地形復雜和環(huán)境惡劣的地區(qū)，可以適當考慮將射程設定為4倍。在頻率管理方面，需要加強對設備的使用和維修，并建立監(jiān)測站點，以便掌握干擾的方位和方位，并在今后的工作中采取預防措施。

（九）加強設備維護工作

確保設備的維修和檢修工作是民航通信系統(tǒng)中最關鍵的一環(huán)。近年來，中國民用航空事業(yè)取得了長足的進步，因此對設備的維護和操作人員的技巧評價也變得尤為重要。尤其是民用通信系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，需要進行定期地維護和檢修。有關員工及操作人員也要定期進行有關的操作和工作技巧的評價。另外，要按照民航相關任務、公司的要求和業(yè)務需求，制訂科學的設備使用制度，保證對人負責，在航站樓出現(xiàn)故障時，能夠履行職責，排除故障，保證終端的正常運行。

六、結(jié)束語

隨著我國航空業(yè)的發(fā)展和通信技術的進步，VHF通信系統(tǒng)在民用航空領域得到廣泛應用，但同時也面臨一些問題。為此，在我國民航事業(yè)發(fā)展過程中，除了加強對通信設備的更新與維修外，還應積極引進技術人才，爭取技術上的突破，從設備改造、抗干擾等幾個方面，進一步提升民航 VHF通信系統(tǒng)的可靠性。

作者單位：李晶 中國民用航空新疆空中交通管理局

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