浅谈VoIP技术在民航空管内话系统中的应用

浅谈VoIP技术在民航空管内话系统中的应用

孟丽颖

中国民用航空华东地区空中交通管理局  上海

【摘要】随着我国提出建设“四强空管”的总目标，在传输网逐渐升级为IP网络方式的背景下，空管通信的数字化转型成为重要课题。本文介绍了空管语音内话系统的现状和VoIP的相关原理，主要对VoIP技术在民航空管内话系统中的应用进行分析，并探讨VoIP技术未来在民航空管通信中的发展和优势。

【关键词】空管通信 VoIP 语音系统

0引言

地空话音通信是民航空管运行中最重要的环节之一。传统的空管语音通信网络以内话系统为中心，采用基于模拟或数字混合技术的点对点线路连接管制席位、无线电台、公共电话网络以及录音设备等。传统的地空话音通信系统存在着效率低成本高、容量有限资源共享困难等不足和挑战，VoIP技术的出现大大推动了网络的发展，不久的将来VoIP技术在空中交通管理系统中必将得到广泛的应用，并逐渐替代传统的空管语音通信网络技术。

1VoIP

1.1 VoIP技术基本原理

    VoIP（Voice over Internet Protocol）即网络电话，将模拟的声音数字化，经过压缩与封包之后，通过分组交换技术实现话音数据的传输，就是将模拟声音信号数字化，以数据封包的形式在数据网络上做话音、数据等信号的实时传递。信号接收端接收到数据包 后将对信号进行拆包、解码解压缩等操作，获得原始的语音信号。是一种先进的语音通信技术，通俗来说也就是互联网电话或IP电话。

1.2 编码技术

为了充分地利用网络带宽资源，VoIP通信中通常根据实际使用的要求采用各种压缩算法对原始的语音数据进行压缩编码。

VoIP主流的编码技术有ITU-T定义的G.711、G.723、G.728等。

G.711编码速率为64kbit/s，帧大小为20ms，单路所需带宽为90.4kb/s，编码延时为0.75。

1.3 信令技术

信令技术用于保证呼叫的建立和语音质量，目前得到广泛应用的控制信令体系包括ITU-T的H.323规范和IETF的会话发起SIP（SIP：Session Initiation Protocol：用于建立，控制和释放会话）协议。

2空管内话系统介绍

民航空管语音交换系统（Voice Communication System），简称内话系统，它实际上是一种空管专用交换机，供地面管制员使用，接入无线电甚高频/高频设备、各类电话设备、网络设备，提供管制员之间的管制移交协调通信、与其它空管设施管制员的管制移交协调通信（地/地通信），提供管制员与飞行机组之间的通信（地/空通信）。

空管内话系统（语音交换系统）是空管运行的关键设施之一，承担着管制对空指挥及协调移交的重要作用。作为空管甚高频、高频以及各类有线通信的综合性的交换设施和通信终端，内话系统的出现减轻了管制员的工作负荷，优化了管制工作人机界面，提供了更多的功能，空管部门对内话系统的依赖性日益显现。

随着民用航空运输总量快速增长，航班密度增大，飞行冲突增加，飞行安全受到了严峻的挑战，空中交通指挥调度是飞行保障的关键，对空中交通实施安全、高效、实时的管制、指挥与引导，在降低碰撞风险、维持空中秩序、提高空域利用率发挥了重要作用。这也是空管内话系统一直以来面临的挑战，空管内话系统技术的优化与提升变得尤为重要。目前，我国的甚高频地空通信系统技术还相对落后，自主研发能力也较弱，大部分是依靠国外的厂家来提供设备支持，虽然国内也不缺乏对相关技术的研究与探索，但仍然存在极大的进步和发展空间。

3传统系统传输方式和弊端

传统的空管语音通信网络以内话系统为中心，采用基于模拟或数字混合技术的点对点线路连接管制席位、无线电台、公共电话网络以及录音设备等。地空话音通信作为整个空管运行中最重要的环节之一，仍然面临着很多不足和挑战：点对点的单线传输，使得链路利用效率低，租用成本高；通信协议技术体制限制，系统容量有限；各区域甚高频电台资源共享困难；网络相对独立，监控管理和维护调度统一困难。

3.1基于PCM结构的内话系统

PCM/TDMA

时分复用（TDM，Time-pision multiplexing）就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙)，并将这些时隙分配给每一个信号源使用。基于PCM结构的内话系统中的系统支柱语音交换是两条应用时分多址（TDMA）和高级数据链路控制协议的高速脉冲编码调制（PCM）的音频高速路。两条PCM/TDMA高速路是相互独立的，常规操作是并联的。就像管制员，无线电台通道和电话线间的整合的信号一样，它们是便利的、丰富的、无限制无阻塞的传输数字话音编码。

内话联网分为席位电话联网和无线VHF电台资源联网2个阶段。席位电话联网主要有模拟MFC和数字ATS-QSIG两种实现方式。无线VHF电台资源联网在国外有大量应用，但在国内仍处于需求认证阶段。

3.2弊端

民航空管语音通信系统作为空中交通管理系统的重要组成部分，承担着地面管制员与飞行员之间进行实时通话联系的功能，一直以来是空中交通管制的主要手段，直接影响到空中交通管理的发展。基于TDM/PCM的传统甚高频地空通信系统，不管在传输方式还是资源共享上都存在一定的滞后性。根据甚高频地空通信系统的特点，VoIP技术的出现大大推动了网络的发展，VoIP技术运用到空管内话系统将是未来重点考虑的方式和资源。

4 VoIP技术在空管内话中的应用

4.1 VoIP技术简单的连接建立流程如图1所示。

图1

4.2 VoIP技术在空管内话中的实现框图如图2所示。

图2

5 关键技术

5.1 编码技术

在算法非常复杂的情况下，进行语言编码可以尽可能更少的占用通信传输容量，合理的编码技术是提升语音信号质量的关键。

5.2 实时传输技术

实时传输技术主要采用实时传输协议RTP，提供端到端包括音频在内的实时数据传送，包括数据和控制（RTCP）两部分，如图3所示。

图3

5.3 网络传输技术

网络传输技术主要包括TCP协议和UDP协议，由于RTP协议提供实时的、端到端的数据传输业务，所以通常使用无连接的UDP协议来承载RTP协议数据单元的传送。

5.4 QoS服务质量保障技术

服务质量（QoS）是在分组交换过程中对数据包的延迟、抖动、丢包率等服务能力的评估。

6优势

  VoIP来源于互联网，继承了互联网简单、开放、方便的特点。主要有以下四大优势：

资费低廉：必须低廉，本身是基于互联网的应用，基本是免费的，只有与PSTN互连时，需要落地费，这个可以与电信运营商谈价格。

运营简单，管理更智能：不用维护各级程控交换机，开通网络服务器即可。

业务灵活多样：传送语音、传真、视频、和数据等业务，如：统一消息、虚拟电话、虚拟语音/传真邮箱、查号业务、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、电视会议、电子商务、传真存储转发和各种信息的存储转发等。增加服务社交功能，位置共享等。

使用便捷：从用户来说，可以联入互联网的地方就能够使用VoIP的服务，目前4G，未来的5G，将移动互联网带宽提高，便可以满足VoIP的移动使用。

信号几乎无衰减，利用率高：使用VoIP可以实现高质量通话，受延迟和背景噪音的影响较小。

7发展前景

作为通信行业的一种最新技术，VoIP技术在甚高频地空通信系统、空管语音交换系统和系统共享应用中有着十分广阔的发展前景，未来VoIP技术也将有更大的上升空间。

在甚高频地空通信系统中，VoIP技术结合通信运营商服务搭建的专用地空通信网络，不但可以提升地空通信质量和安全，还可以增加通信信息传输的高效性。VoIP应用技术通过IP网络代替传统的点对点通信，大大的增加了资源利用率。

在空管语音交换系统中，VoIP技术不但可以提高空管语音通信质量，还可以提高通信服务质量。由于可以隔离其他网络，进而提升了系统运行的安全性。基于IP分组网的业务，不但大大节约了使用成本，也使得数据和语音业务更加灵活。更加灵活的路由选择使得设备故障率的概率大大降低。另一方面，各站点能够更方便的对系统数据进行访问和查询并做到数据分类，从而满足了对系统远程的查询和管理。

由于VoIP采用分布式IP网络传输形式，在不同内话系统共享上也有很大的发展，VoIP技术可以把各个通信资源接入IP网络，使内话和甚高频电台或内话与内话系统之间达到互通互联。

但是VoIP技术仍然面临着一些挑战：比如网络技术带来运维方式的改变；VoIP技术与传统技术的兼容、过渡问题；不同场景的解决方案；话音的延迟、丢包、抖动和符合我国民航空管语音通信需求的规范标准等问题。

8总结

VoIP技术作为民航语音通信系统行业的新技术，以其简单的技术结构和低成本的优势，未来将会在民航语音通信系统领域发挥极其重要的作用，势必会大大完善和优化空管地空通信系统的发展，随着信息技术的不断更新与完善，VoIP技术将会在民航内话系统中发挥更大的作用，也必定是未来空中交通管制系统的发展趋势所在。

参考文献

[1]周阳. VoIP 技术在甚高频地空通信系统中的应用研究[J].科学技术创新，2020(34):81-82.

[2]孙俊峰. 甚高频地空通信系统中 VoIP 技术的运用[J].信息通信，2015(08):202.

[3]曲巧慧. VoIP 技术在甚高频地空通信系统中的应用[J].互联网+应用，2019：110.