E&M信令下甚高频通信系统PTT的传输与控制

王瑞军

民航宁夏空管分局宁夏银川河东机场，宁夏银川 750001

0 引言

甚高频（VHF）话音通信是民航管制部门实施对空指挥，完成地空通信的最主要手段。因甚高频通信的视距传播特性，使得信号在超过有效覆盖区域时就无法进行通信，为扩大管制员管制范围，减少管制移交，提高飞行流量，世界各国都采用建立VHF 信号遥控台的办法，从而实现航路及区域信号有效覆盖。实现甚高频遥控通信的核心部分是要通过传输路由对远台VHF 收发信机的话音信号（TX、RX）和键控（PTT、SQL）信号进行实时传输。传输VHF 信号，4 线E&M 接口是最理想的[1]。由于E&M 接口的种类不同，无线电台和遥控终端之间有多种接入方式，同时甚高频电台设备种类繁多，其键控信号的启动方式也不尽相同。因此，深刻理解VHF 遥控信号的传输接口类型与键控信号的启动方式对于从事民航VHF 通信设备维护工作的人员至关重要。

1 E&M 信令

E&M 是一种模拟中继信令，广泛应用于各种不同类型的中继电路和长途电路，它将电路产生的信号转换成适合于传输媒介的信号方式进行传输。E&M 接口将话音通道和信令通道分开，E 和M 是信令控制线，E 信令用于控制接收信号的传输，M 信令用于控制发射信号的传输，通过E 线与M 线状态的改变来控制语音信号的接收与发射。

E&M 语音通常在2 或4 条线路上传输，根据电路特性不同，其信令方式有I、II、III、IV 和V 类信令，图1 所示为I 类信令的信号控制方式及其在中继传输中的连接方式（本文仅对信令控制线进行了描述，未画出话音传输线）：

图1 I 类E&M 信令

I 类E&M 信令包含一根M 线，一根E 线及一对收和一对发线。本地端通过对M 线提供电压或接地来表示摘机或挂机，从而向传输端提供M 信号。传输端通过电阻性负载来探测这个信号，并向另一端交换机的E 线发送信令信号。同理，远端信令单元通过接地（低阻）和断开（高阻）分别表示摘机和挂机从而向传输端提供E 信号，传输端通过电流检测向另一端交换机的M 线发送信令信号。

对于I 类E&M 信令，远端与本地端的回路电流分别接地连接，当大量的E&M 电路同时使用将产生电流噪声，影响语音信号的质量。此外I 类E&M 信令设计之初仅考虑了交换机与传输端的连接，使得本地端与远端的接口不对称连接，为传输端之间的串联传输带来了困难。为解决上述问题，根据I 类信令的设计思路，II 到V 类信令方式应运而生。

图2 II—V 类E&M 信令

II 类E&M 信令比I 类多使用两条线：电源信号（SB）和接地信号（SG）。本地端电压信号来自于远端传输设备；远端接地信号则来自于本地端，以多一对信号线的代价消除了接地电流的干扰问题，如图2（a）所示。

III类E&M信令将II类信令中E线的SG信号线上移至M线，M 导线接传输端SG 线表示挂机，接SB 线表示摘机，E 导线接地表示摘机，断开表示挂机。此种方式减少了因连接负电压检测设备及M 导线和E 导线长距离传输而造成的延时，但是因为E 导线的接地电流同样会对语音信号产生干扰，因此这种信令种方式很少使用。

IV 类E&M 信令对 II 类信令进行了改动，M 导线接电源表示摘机，断开表示挂机，E 线的连接方式与M 线镜像对称，接地表示摘机，断开表示挂机。值得注意的是M 导线虽然与SB线相配合，但是SB 线接地其实可以算作SG 线。此种对称的连接方式方便了传输端的串联连接。

V 类E&M 信令方式对 IV 类信令方式进行了简化，去掉了SB 与SG 线，M 导线与E 导线镜像对称，传输端可以方便的实现背对背连接，同时也因为电路结构简单而不会产生严重的接地电流干扰。

2 民航VHF 电台PTT 的启动方式

民航VHF 电台发射键控信号PTT 的方式包括接地、悬空、电压控制等，不同厂家生产的电台其PTT 信号启动方式多种多样，但归结起来不外以下6 种方式：

图3 PTT 启动方式

2.1 PTT NORM

此种启动方式的PTT 信号直接来自于终端设备例如电台本身自带的话筒。终端设备向电台发送一个负电平信号，电台内部功放电路受电平信号控制对语音信号进行放大并通过天线向外辐射信号，如图3（a）所示。

2.2 PTT PHANTOM（幻象）

此种启动方式的PTT 信号不另外单独使用信号线进行传输，而是直接将PTT 信号叠加在话音信号上，电台内部的判断电路通过检测话音信号电平值判断是否有PTT 信号，如图3（b）所示。

2.3 -PTT OPTO/VOP

此种启动方式使用了光电耦合器，光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就可以实现电一光一电的转换，本方式通过光耦合器一端的负电压控制实现PTT 信号的激活，如图3（c）所示。

2.4 PTT OPTO/GND

此种启动方式同上，只是在光耦合器控制方式上有所变化，如图3（d）所示。

2.5 PTT OPTO/FLOAT

此种启动方式使用了正负电压差控制光耦合器从而控制PTT 的启动，如图3（e）所示。

2.6 PTT PHANTOM/GND

此种启动方式使用幻象方式控制光耦合器从而控制PTT 的启动，如图3（f）所示。

上述6 种PTT 信号的工作方式，具体选用哪种需根据终端设备PTT 信号的电压极性及启动方式等确定。其中第一种（PTT NORM）方式电路简单但会出现信号地与设备地不匹配的问题，不适宜远端遥控使用。方式2-6 使用了光耦合器，很好的解决了信号地与设备地不匹配的问题，其中两种幻象PTT 启动方式没有专门的键控信号传输线，节省了传输资源，但其电路实现复杂，使用较少。方式3、4、5 电路实现简单，且易与遥控终端设备匹配，是目前遥控台VHF 通信设备中PTT 信号启动的主要方式。

3 PTT 信号在V 类E&M 信令下的传输

因V 类E&M 信令控制方式是镜像对称的，允许使用交叉电缆的背对背连接，与目前民航VHF 设备中键控信号（PTT、SQ）的控制方式相兼容，在VHF 信号传输中得到了普遍的应用。根据《中华人民共和国民用航空业标准》中话音通信系统技术规范中规定：收发信机、发信机、收信机的音频和PTT、SQL 信令接口兼容E&M 类型V ；用于传输甚高频话音的接口类型应符合修改的E&M 类型V 标准，中继线路中断或忙时端口呈现高阻特性。根据该标准，本文将以SCHMID ICS200/60 型内话及RS4200 型电台为例，搭建并详细分析PTT 信号在V 类E&M 下的传输控制方式。

3.1 SCHMID ICS200/60 内话与RS4200 电台PTT 信号激活方式

SCHMID 内话以其稳定、可靠、安全的特点在民航业得到了广泛的应用，银川空管局于2008 安装了一套ISC200/60 型SCHMID 内话，其PTT 启动方式包括：正负电压回路、负电压、接地及幻象方式，如下图所示：

图4 SCHMID 内话PTT 工作方式

RS 电台则因其结构紧凑，操作简单，价格低廉的特点近年来得到了民航业的青睐，银川分局遥控台VHF 设备均采用了RS4200 型电台，其PTT 工作方式包括正负电压、正电压与负电压三种方式（见图3(c)、(d)、(e)所示），具体工作方式可以通过电台配置软件进行选择。

3.2 V 类E&M 信令下PTT 传输与控制

根据上文所述内话与电台PTT 的工作方式，配合V 类E&M 信令，本文对内话端采用接地启动PTT，电台端选用-PTT OPTO/VOP 的方式对遥控台的PTT 信号传输进行了设计与分析。

图5 内话与电台的PTT 连接及控制

上图给出了ICS200/60 型内话与RS4200 型电台的PTT 信号在遥控状态下的连接方式。E&M 信令中M 线控制语音信号的发射，E 线控制语音信号的接收，因此内话端PTT 信号线接M 线。传输端发送来的PTT 信号接电台端的E 线。通过上图，内话端通过闭合开关使得M 线接地，从而产生PTT 信号。电台端E 线检测传输来的电压信号，当E 线呈低阻态时（内话PTT 接地），光耦合器工作，电台PTT 信号激活。简言之，即通过内话端M线信号控制电台端E 线呈高阻或低阻状态，从而控制电台PTT信号的启动。

3.3 V 类E&M 信令下PTT 传输的思考

V 类E&M 信令下，内话端通过M 线控制电台端E 线从而启动电台PTT 信号，在键控信号传输过程中传输设备起着关键作用，不仅为信号电平的衰减进行补偿，还对E 线及M 线提供电压及接地信号，因此在匹配内话与电台端的电压信号时需要对传输设备进行相应的设置，以确保设备运行正常。另外对于标准的E&M 信号，当中继线路故障时极有可能出现遥控端电压检测单元检测E 信号为零或负电压，从而造成VHF 设备常发，因此在调试设备时需对PCM 设备软件进行修改，以防止因线路故障导致的PTT 常发[4]。

E&M 信令的使用使得民航遥控台通信得以实现，目前国内遥控台信号的地面传输方式均为租用电信或其他网络服务商的2M 链路进行中继传输，终端为PCM 设备，实现话音信号的数字化及E1 的成帧处理，话音没有压缩，话音质量很高且基本没有延时。相对于传统的电信PCM 传输方式，IP 网络技术发展迅速，带宽利用率高且延时较小、价格低廉，可考虑作为民航VHF 话音传输的另一种手段。但需要考虑IP 网络传输过程中语音信号与信令信号响应的实时性问题。对于PTT 启动方式中的幻象启动，因其信令信号叠加在语音信号上，对于IP 传输来说是一种不错的选择。

4 结论

本文分析了E&M 信令的工作方式与VHF 设备PTT 的启动方式，并以SCHMID 内话与RS 电台为例，研究了PTT 信号在E&M信令下的传输与控制。在遥控通信系统搭建过程中，需要详细了解本地端和遥控端设备的PTT 信号控制方式，选择正确的组合并根据设备的工作参数，匹配其电压及接地信号才能使系统达到最优工作效能。随着通信技术的发展，IP 网络通信得到了广阔的发展，对键控信号的IP 方式传输值得进行进一步的研究。只有深入的掌握设备的工作原理并不断的更新、应用新技术才能更好的维护设备，才能更好的保障空管地空通信顺畅。

[1]地空通信系统技术培训教材[M].2009，6.

[2]赵建岗.E&M接口及信令[J].电力系统通信，1996(2).

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

[4]张建杰.E&M信令传输中电台长发及话音失真现象分析[J].空中交通管理，2011(3).