摘要:针对传统地空通信系统中主备电台切换需在远端台站操作、响应延迟高、协同复杂度大的问题，本文提出了一种基于 VoIP（Voice over IP）技术的集成化控制方案。该方案通过在FREQUENTIS 7.1 内话系统与 Rohde & Schwarz XU4200 甚高频电台之间建立 IP 化控制链路，将主备电台的手动切换功能直接集成至内话系统席位界面。文章详细阐述了系统的硬件连接、内话系统与电台的软件配置流程、关键参数设置及功能验证方法。实践表明，该配置方法能够有效实现技术人员在内话侧对远端电台的“一键式”主备切换控制，简化了运维流程，提升了系统在应急情况下的响应效率与操作便捷性，为地空通信系统的全链条控制提供了有效的技术实现路径。

链备控生关键词:地空通信；VoIP；FREQUENTIS 内话系统；R&S XU4200；主备切换；全链条控制

0 引言

在空中交通管制的地空通信系统中，甚高频（VHF）电台的主备冗余配置是保障通信不中断的基础措施之一。通常采取主备电台模式，保障一路信道有两个电台提供热备份服务支持。然而，在传统的运维模式中，主备电台的切换控制权通常位于远端电台台站，或甚高频电台远程监控界面，与管制席位和技术主任席位的操作环境相对独立。当电台主机出现异常需要手动切换至备机时，管制人员需要先通知技术人员，技术人员再与远端台站人员相互配合，实现电台的切换，这一跨岗位的协作，流程环节增加，可能带来一定的应急响应延迟。而内话系统与电台的IP化（VoIP）融合，为优化这一流程提供了新的可能。本文基于VoIP提供一种实现内话端直接控制电台主备切换的配置方法，将手动切换主备电台的控制端点从电台监控侧转移至内话席位侧，管制员在紧急情况下，可以直接通过内话面板切换电台主备机，技术人员维护时也减少与台站端的沟通成本，提升效率，打通地空通信全链条的最后一公里。

1 VoIP相关技术与研究综述

1.1VoIP概述

在空管通信领域，甚高频（VHF）是地空通信的基本无线传输媒介，而VoIP（基于IP的语音传输）技术则是实现语音信号远程、高效、可控传输的核心网络技术。《民用航空VoIP语音通信技术规范》明确了VoIP语音通信系统的体系结构及其与外部设备的接入方式。VoIP语音通信系统总体技术框架如图1所示。本文主要关注图1右侧的甚高频地空通信子系统，即支持VoIP模式的电台，其将调制解调后的话音信号通过局域网接入语音交换系统，供管制员接收或发射。

图1：VoIP语音通信系统总体技术框架

1.2 基于VoIP的基本信号流程

利用VoIP方式将电台与内话进行通讯时，基本信号分为两个主要步骤，利用SIP协议进行建链和通过RTP协议传输话音。如图2所示：

1、首先由语音通信交换系统对收发信机发起SIP协议进行建立、修改、终止会话；

2、同时通过SDP数据进行相关参数的协商，

3、在建链完成后，即可使用RTP协议进行双向传输音频数据.

4、当无音频数据传输时，应使用R2S心跳包保持会话的活跃性以及确认信息。

1.3基于VoIP的主备切换机制

在ED-137B标准规定了通过RTP的头部扩展信息域中的主备机切换信息实现主备机切换功能的具体理论方式，主备机切换扩展功能项格式应符合图3的要求，即24bit位置0x0或0x1来向电台或语音交换系统协商电台主备机状态。

1、当电台主动切换主备机时，由主备两个电台发送RTP告诉语音交换系统其当前状态，语音交换系统只会选择主机继续传输音频。这需要同时和主备机都进行SIP建链。随即带来的是双倍的带宽需求。

2、当语音交换系统控制电台切换主备机时，如图所示，语音交换系统在得知主备机状态后，利用主备机标志位发出切换通知，电台进行主备切换，这也需要双方具有相同的协议准则，同时对主备机均进行建链。

图3主备机切换扩展功能项格式

2方案整体架构

2.1 主备切换实际应用及现状

不同的语音交换系统和甚高频电台所支持的协议不同，以飞坤内话和R&S 4200为例。为了满足电台进行主备切换时，不会对管制造成语音中断的影响，目前大多数现场的配置方式有如下几种。

方式一：将主备机分看作两个独立的站点，在内话系统中进行配置。当主备机切换时，管制员或维护人员在内话系统中选择相应的站点即可。优点是配置简单，易理解。主备机分别占用一个独立的时隙进行传输，更安全。缺点一是资源的浪费。飞坤内话面板上，同一个频率只可显示六个站点，主备机分别配置一个站点，实际只能配置三个站点，资源损失高达50%。二是易影响管制进行不当操作，因为内话系统无法直观判断当前电台的主备状态，如果内话误选状态为inactive（备用）的电台，标志位为备机，会导致无法发送话音，相应站点会闪烁红色告警，对管制造成心理压力。

方式二：基于上述方法的缺点，部分现场进行优化。在内话中，将同一频率的所有站点频偏打开，允许同时发射，每次同时选中主备机进行发射，内话不会产生告警，只会向标志位为主机的电台发送语音，管制侧无影响，但依旧无法解决方式一中资源浪费的问题。

2.2 基于内话主动控制的主备切换方法

为优化上述两种方法，现提出由内话主动控制电台的切换的配置方法。不仅可以优化上述两种传统的方法的缺点：避免出现内话端选择站点与电台状态不对应的情况。也不会额外占用内话面板双倍的资源。更重要的是，该方法，将主备机切换的权利从远端台站转移至内话端，打通全业务链条最后一公里。

具体配置逻辑如图4所示，利用两块IP板卡互为主备，共占用两个E1，由于每个电台需要收发单独建链，所以每块板卡只能提供15个时隙，而不是30。两块板卡一共可以和15对主备电台完成建链。如此，主备ip板卡同一时隙连接的两个电台即为主备电台关系，内话进一步通过内部处理，由不同时隙向对应电台发送切换主备机控制信息，从而做到主备切换。

图4 配置逻辑

3 方案实现与配置方法

本次配置环境基于FREQUENTIS 7.1内话系统（软件版本12.0）与Rohde & Schwarz甚高频收发一体电台XU4200（软件版本11.30）。

1、硬件配置。如图5所示，为实现基于VoIP的主备切换功能，需搭建相应的硬件通信链路。内话端使用两块IP板卡互为主备，硬件为GPIF05.04，第二个接口连接至交换机，第三、四个接口连接至DIFB和DIFA的对应接口。电台的X6和X9接口连接至交换机。实施前需确保内话系统与主备电台的IP地址位于同一网段或具备路由可达性。

图5 硬件连接

2、在飞坤内话的TMCS Configurator配置软件中，需按以下步骤操作：

步骤1：插入与配置IP板卡。在CIF下插入DIF，并在该DIF下插入两块IP板卡，版本分别选择“RAIFmIPLeft”和“RAIFmIPRight”。

“RAIFmIPLeft”板卡与电台主机构建链路，“RAIFmIPRight”板卡与电台备机构建链路，以实现热切换。主备配置均在“RAIFmIPLeft”板卡页面上完成。在Networking项中，正确配置主备板卡的IP地址、子网掩码、网关及用户名。注意：对于GPIF05.04版本的IP板卡，第一个接口悬空未使用，因此不应勾选“IF-Bonding”（绑定第一、二接口）选项，否则出现告警。

图6 IP板卡配置

步骤2：配置时隙与主备属性。每张IP板卡提供15个时隙，可与15对主备电台建立连接。双击所用时隙，增加勾选“TX Standby Transmitter Installed”和“RX Standby Transmitter Installed”，以启用该时隙的主备功能。

图7 主备时隙配置

步骤3：配置频率与站点参数。与建立模拟频率方式不同的是，新增站点时需要选择“SIPlocation”。在Rx Tx Structure复选框中，根据XU4200电台收发分离的特性，选择“RX TX V”模式。在VoIPIF Type中选择协议“ED-137B”。在Redundancy中勾选两个选项，确保电台在inactive状态下仍保持链路，这是实现主备切换的基础。同时勾选“RRC M/S Linked to Antenna is Active”选项，以实现天线同步切换。

步骤4：配置控制协议与链路。在Remote Control+RIFs页面，为频率分配已配置好主备属性的时隙。在Rx/Tx RRC Type中选择“Stack”模式。由于XU4200为收发分离电台，勾选“V-Structure”选项（收发一体电台可忽略此项）。为实现内话端控制切换，在RRC Protocol复选框中选择“GB2PP协议”作为主备切换协议，并填入主备收发电台对应的IP地址与端口。

图8 站点配置

步骤5：配置URI 。在URI配置界面，新增URI，填入主备收发电台对应的四个URI，并为每个URI选择对应的V TX（收发一体电台可忽略）。

步骤6：启用主备M/S控制按钮。在role页面使用配置好的频率，并在Edit Radio Key界面勾选“Main/Stdby Enable”。勾选后，内话IPOS频率界面将显示M（主用）和S（备用）两个按钮，用于控制电台的主备切换。

3、在XU4200电台的ZS4200配置软件中，需确认以下内容，以保障链路畅通：

启用VoIP模式，并填写与内话端对应的URI、IP地址、子网掩码及网关。可选择性设置IP白名单，仅允许授权IP地址与之建链，以此提升系统安全等级。

4 功能测试与优化

4.1 功能测试与验证

经实际环境搭建与测试，本方案成功实现了内话端对电台主备切换的集中控制功能。具体测试过程与现象如下：

1、链路建立验证：完成内话、电台及传输链路配置后，主备电台界面均稳定显示“SIP 1”状态，表明与内话系统成功建立双向收发链路。

2、主备状态识别：当前处于主用状态的电台额外显示“REM SIP1”标识，内话界面M/S按钮状态与之同步，实现了两端状态的可视化对齐。

3、切换功能测试：点击内话IPOS面板上的M或S按钮，可成功触发主备切换。切换过程耗时约5-10秒，期间内话面板对应按键呈现红色闪烁，提示用户系统正处于切换状态。

4、切换结果确认：切换完成后，原备机显示变为“REM SIP1”，VoIP指示灯同步切换至备机，并可听见继电器动作声响，从状态指示、视觉提示与听觉反馈三个维度确认切换成功。

图9 主备电台显示，此时右侧为主机

图 10内话面板端显示

4.2 性能分析与优化建议

尽管本方案已成功实现核心控制功能，但在测试过程中也观察到一些可进一步优化的空间：

1、切换时延分析：实测切换时间（5-10秒）主要源于协议信令交互、电台状态同步及继电器物理动作。为进一步提升应急响应速度，建议后续可优化信令流程，或采用更高性能的网络设备以缩短通信延迟。

2、状态同步机制：当前状态反馈依赖面板指示灯与电台显示，未来可考虑在监控系统中增加切换日志记录与实时状态推送功能，便于故障回溯与系统监控。

3、容错与安全性增强：本方案依赖于IP网络的稳定性。建议在生产环境中部署网络冗余链路，并结合IP白名单、协议加密等安全措施，进一步提升控制链路的可靠性与抗干扰能力。

4、操作界面优化：可研究在内话界面集成切换状态的历史记录显示，或增加切换操作的二次确认提示，以进一步提升操作的严谨性与用户体验。

5 结语

本方案通过VoIP技术，成功实现了在FREQUENTIS内话系统端对R&S 4200系列电台进行主备手动切换的控制功能。与现场一些传统的VoIP配置方案（如：每个站点为主备机分别配置两个独立SIP location并手动选择）相比，本方案具备显著优势：1、控制集中化，将分散在远端台站的切换控制权，统一集成至内话操作界面，实现了真正意义上的“全链条”控制，简化了运维操作流程。2、资源高效化：避免了为同一频率的主备电台占用多个面板location，极大地节约了内话系统宝贵的面板资源。3、操作明晰化：通过统一的M/S按钮呈现主备状态，操作直观，有效避免了传统方式下因选错发射通道而导致的建链失败提示，提升了操作的准确性与用户体验。4、维护便捷化：技术人员可在内话席位直接、快速地执行切换操作，便于日常维护与故障排查，显著提升了系统维护效率。综上所述，该配置方法不仅技术可行，而且在实际应用中展现出良好的工程价值，为空管地空通信系统的优化与升级提供了一种高效、可靠的解决方案。

参考文献

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