空管VoIP通信系统互联互通的研究和实现

魏建宏



空管VoIP通信系统互联互通的研究和实现

魏建宏

民航内蒙古空管分局，内蒙古 呼和浩特 010070

VoIP（Voice over IP）话音技术通过IP网络实时传送语音信息。与传统的VHF通信交换网络相比，VoIP技术可以充分利用网络资源，简化传输系统的构成，并且不同区域的通信系统可以利用网络进行互联互通。

通信系统；互联互通

1 VoIP通信系统通话质量影响因素

首先要了解影响VoIP通话质量的关键技术，结合多种改善措施，针对我国民航的特殊性要求和实际应用背景，选择适当的方法进行改进，逐步提升语音通话质量。

1.1 影响语音质量的因素

VoIP语音通话质量的影响因素主要包括有带宽、抖动、延迟、丢包等。

（1）带宽。带宽表示数据包在每一秒钟传输的字节数。通常网络的带宽越大传输的数据包越快，质量将越好。

（2）时延。发送时延表示为信号输出端的声音经过话筒提取抽样之后，传输到接收端的时间点之间的差额。通过提升语音压缩编码技术、加大带宽、优化路由算法等可以有效解决此类问题的效率。[1]

（3）抖动。因为网络的不稳定性导致数据包分组到达的频率不统一，产生的网络抖动，影响了通话质量。

（4）丢包。丢包主要分为三部分，①超时丢包：IP数据包在有限的生命周期中，必须传输出去，否则将申请丢弃。②网络堵塞：IP网络传输过程中有可能出现路由算法排队现象，太多数据包占据缓存区的资源，网络堵塞极易产生丢包现象。③线路故障：传送数据包的过程中要经过多层设备及线缆，当其中的某一线缆或设备出现问题，将形成数据丢包。

1.2 提升VoIP语音质量方法

（1）丢包恢复技术。在Internet网络中，当有信道堵塞时，数据包丢弃的概率提高，同时增大了缓存区的数据堆积，前向纠错（FEC）技术使用发送端编码的数据包产生冗余包，与数据包共同传送到目的地，如果发生丢包事件，将通过冗余度恢复出完整的数据包。[2]

（2）混合算法优化方法。混合算法优化策略将发送端采用奇偶校验方法对语音信号进行编码，并且添加了交织编码方法进行辅助，同时在接收端中运用插值法进行补偿，三者有效的结合在一起，尽最大可能把传输的信息完整的到达接收端，并完整的表达出来。

在Internet网络中，丢包的概率是随机的，无法彻底根除，经过多次的恢复和补偿优化信号，尽量做到管制员与飞行员之间的沟通无缺失。算法优化的方法如图1所示。

图1 优化算法流程示意图

（3）硬件设备优化方法。①宽带利用率。改善的基本思路是将传输带宽的选取和利用加以控制。合理的规划使用宽带资源，有利于合理配置管制数据传输信道分配。使用VoIP技术通过语音压缩等方法的优化，可以缩减带宽。②中继设备。在传输的途中尽可能减少中继设备的个数。利用独立的光纤网络进行通信，VoIP电台配置独立的通信通道。另外在中继设备中添加针对补偿丢包的缺失设备，当丢包的概率高于设定的门限值时，补偿设备将自动启动，对其进行修复。

2 空管VoIP-VHF系统平台及仿真分析

2.1 系统平台简介

在完全基于IP的话音系统内，所有终端都用IP通信，网络具有高可扩展性，高可靠性，完全基于IP的话音系统中没有“中心交换”设备，是一个“分布式”的系统，每一个终端、席位都是智能的，具有IP功能的话音系统具有很好的发展潜力与可融合性，新的应用可以简单的融入系统。

如图所示，基于IP网络，模拟甚高频系统可以通过无线通讯网关接入内话，电话系统也可以通过电话网关接入内话，而VoIP电台不用网关可以直接通过网络接入VoIP内话席位；同时管理终端可以远程登陆网络中的各个节点进行维护，也可登陆数据库，无线服务器，时钟服务器进行系统的调试及数据备份。

2.2 混合算法优化策略仿真分析

通过对语音模拟信号进行PCM编码、抽样、量化后重新编码后生成数字信号，再添加IP数据报头，奇偶校验编码得到IP数据包的冗余信息，添加到IP的冗余包，设置交织编码的分组模式，对丢包信息进行验证，当超过检查丢包率的门限值时，设备开始进行自行补偿。接收端接收到语音信息IP数据包，对其进行相反的执行过程，解交织，去除IP报头，数字信号的解码还原出模拟信号，通过扬声器输出语音信息。

3 VoIP通信系统互联互通实现

所谓区域指挥系统的互联互通，就是将某个区域内不同空管中心的内话，电话，甚高频等业务进行联网，使各地可以在某个特定情况下进行管制接管或管制移交。上述功能的实现，就是基于VoIP话音技术在空管专用网络中进行传输，由各地数字电台，数字内话等设备进行互联。如图2所示为北京区域管制中心与周边管制中心内话甚高频设备的连接示意图。

图2 Frequentis内话区域超控席位示意图

如上图所示，北京、内蒙古、太原之间内话设备实现了互联互通，假如太原管制中心的区域管制席位出现问题，可通知北京区域管制席位通过网络及时接管太原的区域。此项工程只要在内话型号相同，及内话配置相应的VoIP网关设备即可实现。

内话无线联网是指甚高频VHF电台就近接入内话系统后，通过该内话系统的无线联网功能，实现无线VHF设备一地接入，多地共享的地空通信资源配置方案。

三大区管中心建成投入使用后，三地建成了环状网，各地Frequentis内话通过电信、联通的光缆链路进行互联互通。在十一五规划中，可以在此基础上，华东、华北、中南各自建设以本局ACC为中心节点的星状网络，根据各地管制移交协调电话的需求和设备本身的组网能力，将星状网做大，在三大区管中心之间可以对骨干中继线路进行扩容，争取在5年建成具有一定规模的管制移交电话的专用通信网络。

[1]商丽.VoIP技术在民航空管语音通信系统中的应用[J].中国民用航空，2013，146（2）：47-48.

[2]周刚.民航地空通信的现状和发展[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