甚高频通信过程中音频电平调整策略
摘要：随着民航空管业务量迅速增长，对空管系统语音通信提出了越来越高的技术要求。空中交通管制部门为保证飞行安全，迫切需要良好的地空通信模式。而甚高频通信由于视距通信直线传播的特性，拥有不易受天气等因素影响，稳定性高、外界干扰小的优势，使得甚高频通信在空中交通管制方面得到广泛应用。本论文基于甚高频地空通信过程中对各节点的分析研究，制定了各节点设备音频电平调整策略，以减少信号传输过程对话音质量的负面影响。
关键词：甚高频通信；音频电平
引言
近年来，民航事业迅猛发展，飞行流量日益增大，对空中交通管制的要求越来越严苛。相应地，管制员对管制手段的可靠性、依赖性方面的要求越来越高。这主要体现在地空通信质量需求的提升上。目前的航空移动通信主要以甚高频通信为主，意味着甚高频通信过程中，话音通过调制载波、空间波传播直至远端解调后依旧在可接受的音频范围内且音频不受干扰、失真，音量适宜、吐字辨识度高成为甚高频通信过程的优化考量。而通过对甚高频通信过程中音频电平调整位置的分析，进而得出保证管制同机组对话质量的最优策略。
1 甚高频通信的应用及特点
甚高频通信在空中交通管制业务中，应用于实施机场地面滑行管制的场面管制通信及对民用航空器在飞行的各个阶段的空中交通管制，包括塔台管制、进近管制、区域管制；应用于机场终端区情报和航空气象信息的广播；应用于各类民用航空器进行搜寻、救援、救生和应急情况下的特殊通信；应用于对航空公司运行控制。
甚高频通信是以超短波工作模式进行，频率较高，表面波衰减较快，且电磁波一般都会穿过电离层而不能被反射回地面，即空间波的方式传播。正因如此，甚高频通信距离虽不及短波，但信号质量却能得到保证。而由于通信距离通常为50w电台功率对应300km直线距离。为了满足甚高频通信在空中交通管制业务中的应用需求，故而对甚高频台站的布局提出一定要求。往往通过多信道覆盖来实现单个管制扇区在航路航线上的通信保证。
2 甚高频通信地面系统组成
由图可知甚高频通信分为地面系统和空中系统。空中系统仅指机载甚高频设备，由电台和天线组成。具体介绍地面系统组成。
以管制员发信为例：
管制员通过用户界面，选择特定频率的甚高频信道，启用头机、手机等话音采集器收集并将话音信号在终端出处理成数字信号，即实现模数转换，通过PCM链路或VoIP网络传输至内话语音交换系统。
内话语音交换系统为交换的核心单元，承担着地空话音通信的重要任务，对空中交通安全管理有不可或缺的作用。它是全数字化的系统，星形拓扑及冗余的结构设计使得它的容错性大幅提升，能够实现地空间的双向无阻塞话音通信，能够保证话音通信的可靠性和及时性。以民航华东空管局使用的奥地利Frequentis公司生产的VCS3020X系列内话语音交换系统为例，系统基于PCM/TDMA通信，通过操作席位部分，即管制用户界面，将模数转换后的数字信号搭载光纤组成的核心交换主干网，622Mbit/s带宽上承载所有交换业务，实现话音与数据的交互传输。最终通过无线通道板卡，将数字信号经数模转换后送至对应传输网络。
网络传输，由各地空管局组建的中国民航数据网，以ATM信元交换技术为核心，能够实现对ATM、FR、CES、X.25/HDLC/SDLC、IP及语音等业务的支持，并能提供专线连接、VPN、局域网互联、程控交换机PBX互联等服务。支持提供覆盖全国、各种规模和不同质量要求的数据和专线服务，满足接入空管内话业务、民航自动转报业务、甚高频业务、雷达信号引接业务、程控交换机PBX联网业务、民航气象业务、航行情报业务、数据链业务、民航信息化业务、数字集群联网业务、基于X.25数据传输业务。经内话语音交换系统处理后的话音信号通过网络中继E&M传输或PCM透传至对应甚高频遥控台。
在遥控台处，话音信号输入甚高频电台，经音频放大器处理后同本地振荡器混频，搭载载波后的射频信号经过前置放大器、高频放大器后由天线辐射发出，以广播的方式发送给同频率的接收电台，包括特定目标机组的接收电台。
以上便是整套甚高频系统地面系统的发信通信流程。收信流程倒置即可，各节点组成不变。
3 音频电平
3.1 音频电平概念及分类
音频电平为话音信号在电路中两点或几点在相同阻抗下电量（指电功率或电压等）的相对比值，取对数，以分贝（dB）表示。空管系统中使用的音频电平是基于600Ω音頻线路阻抗的相对值。按照信号流程划分，音频电平分为音频输入电平、音频输出电平。
3.2 音频电平调整目的
（1）使话音信号经过甚高频通信后仍处于人体可接受的音量范围内。
（2）使放大电路适应传输的话音信号，避免信号失真。
人体可接受的输入音频信号在300Hz～3400Hz之间。通过音频电平的调整，使得管制员和机组即使音色、音域各不相同，仍能保持对端收到较为稳定清晰的话音，即调整音频电平的主要目的。
4 音频电平调整策略
甚高频通信过程中音频电平的调整可在以下节点实现：
（1）管制发信阶段，可调整的节点有内话系统的话音输出电平、网络传输中的路由器端口电平（本端/对端）、发信电台的音频输入电平。
（2）管制收信阶段，可调整的节点有内话系统的话音输入电平、网络传输中的路由器端口电平（本端/对端）、收信电台的音频输出电平。
音频的标准测试参考为1KHz、0dBm。从表1中可以看出，地面系统传输过程中，内话系统内部衰减大致在5 dB左右；其它线路上衰减大致在15 dB，这些衰减主要是由各节点线架线路阻抗导致。
通过现场运行测试，得到以下电平调整主体策略：
（1）在发信阶段，话音信号较弱的情况下，增大内话系统处话音输出电平的效果要优于甚高频电台端减小音频输入电平。同理在收信阶段则是通过调整甚高频电台音频输出电平实现话音信号优化。通过话音信号源头进行信号增益，可以避免对传输过程中噪声干扰信号的放大，在电台端达到更为理想的信噪比。
（2）路由器端口增益尽量不作修改。此举便于信道管理，路由器所连为双中继链路自动切换，更适宜采用默认状态。且路由器增益更改将同时影响收发双向信号，缺乏针对性。
5 结论
本论文基于理论基础及运行经验，对甚高频地空通信过程中各节点的研究分析，得出音频电平调整策略为主要调整发信源头音频电平参数，终端次之，以达到信号最优。如此，音频信号质量更容易得到保证，且相对统一的数据更改位置，便于运行资料管理。
参考文献
[1] 民航教程编委会.民航概论.经济日报出版社，2015.
[2] MH/T 4001.1-2016 甚高频地空通信地面系统第1部分：话音通信系统技术规范，2016
作者简介：赵敏寅，1987年1月，男，汉，上海人，本科，工程师，研究方向：内话语音交换。
（作者单位：中国民用航空华东地区空中交通管理局）