民航山西空管分局 山西省太原市 030031
一、背景介绍
目前，民航空管地空通信系统中的甚高频共用系统、监视系统中的一/二次雷达、ADS-B等系统等大多建设在远离航管楼、管制中心的高山、航路点等地方。所有这些系统都需要和航管楼、管制中心进行信号通信，这就需要在远端台站和航管楼、管制中心之间建设信号传输系统。
根据空管设备配置规范，远端台站特别是甚高频和一/二次雷达等系统的台站和航管楼、管制中心之间必须建设基于不同运营商、不同路由的两条地面通信链路以及一条基于卫星、微波等无线通信技术的空间通信链路，也就是“两地一空”的信号传输系统，形成不同运营商、不同路由互为备用，地面和空间互为容灾的传输保障体系，确保各远端台站的空管设备系统不会由于通信链路故障造成信号传输中断，从而阻碍空管业务的正常进行。
二、需求分析
本次设计以某市某山台站为例，从传输系统入手，实现远台功能。某山位于某市东北，海拔1591米，距离某市航管楼直线距离20公里。某山台站信号主要为二次雷达和VHF信号，还包含热线电话、设备监控信号、视频监控信号等其它信号，具体如下表所示：
在选择传输设备时，必须满足上述信号的传输格式，并且针对长远规划来说，还需要传输设备具备随时增加或者更改传输信号格式的功能。其次，信号必须实现长时间不间断传输，因此，配置单一的传输路由风险很高，必须设计多路传输链路互为备份，各传输链路之间需要实现无缝切换功能。再次，某山台站作为边远台站，传输距离较远，需要考虑传输设备、链路的成本价格。
三、方案设计
1、信号传输设计
根据民航局设备配置规范、某山台站与航管楼之间的地质、距离等情况，结合现有主流链路类型、某山信号格式以及运营成本，某山台站地面链路选择租用联通和移动的光纤互为主备链路，组成“两地”传输模式。自主在航管楼与某山台站之间架设微波设备，组成“一空”传输模式。初步形成“两地一空”传输模式。图1所示为“两地一空”传输模式基本架构。
如图1所示，重要信号经倒换设备，分别通过联通链路和移动链路传送至航管楼；A路信号通过联通链路传送至航管楼，B路信号通过移动链路传送至航管楼。微波链路作为联通链路和移动链路的备份手段，在地面链路失效时发挥作用。
2、地域冗余设计
外部线路进入某山主要为供电和传输。其中供电方面，在某山北部北郊和某山南部南郊引入两路高压电进行供电，其中以北郊电为主路电，南郊电为备路电，南北两路高压电分属两个不同的供电单位保障。传输方面，选择两个不同的运营商，联通运营商链路通过某山北部进入，移动运行商链路通过某山南部进入。
这样设计首先从地理地域因素方面进行容灾，譬如单侧山体的沉降，道路受损带来的链路受损；另一方面，供电和传输均选取不同的保障单位，从人为原因、技术原因方面进行容灾。
四、系统实现
1、设备选型
在信号传输设计的基础上，对设备进行选型，根据信号以及传输需求，传输设备选择广州银讯公司生产的ZMUX-36交叉连接复用设备（PCM），倒换设备选择广州银讯公司生产的ZMUX-1230T用户线路保护倒换设备微波选择爱立信公司生产的MINLINK设备，某山台站“两地一空”传输系统主要由PCM复用器、联通和移动两路光缆，微波设备、光端机等设备组成。
传输设备Zmux-36多信道PCM复用器，每组包含局端和远端两台设备，其中航管楼架设局端PCM设备，某山台站架设远端PCM设备，组成完全独立的，点对点的两套传输系统。这两套系统按照设计需求分别定义为主用系统PCM-A和备用系统PCM-B。
2、业务配置
PCM设备业务端配置30个端口，每端口按照需要安装不同的业务子卡，完成不同业务的接入。按照目前某山台站的信号资源，以及空管业务传输方法：4线E&M用于12信道VHF信号传输；同步RS-232用于二次雷达信号传输；热线电话FXO/FXS用于雷达站电话通信，异步RS-232用于UPS等监控信号传输，RS-485用于12信道VHF监控信号传输，以上业务完全可以通过更换不同的板卡在PCM上来实现传输。如果业务变更，调整或者增加，链路不需要做任何调整，只需要简单的插拔更换板卡对应匹配业务即可。
PCM设备配置4个以太网端口，用以传输二次雷达监控信号、整个雷达站的安防视频监控信号和互联网信号。以太网未通过光纤传输，利用接在微波系统的E1端口捆绑而成的链路上，通过微波系统进行传输。
微波系统配置16路E1传输端口，供PCM传输选择使用。每种业务目前都预留了一定的备用端口供今后业务扩容使用。
五、链路特点及优势
1、链路保护
如图2所示，主备两组PCM设备中， PCM-A设备的E1-1口接联通链路，设置为主用链路；E1-2口接自建微波系统的E1-1线路；E1-3和E1-4接入微波系统提供的E1-2和E1-3接口。PCM-B 设备的E1-1接移动链路，设置为备用链路，其它接法跟PCM-A接法相同。
PCM设备链路端具有4个E1接口，分别为E1-1、E1-2、E1-3、E1-4，可任意设置为1+1，1+2，1+3保护模式和1:1，1:2，1:3备份模式的组合形式，形成对通信链路的自动切换和利用。
这里对两种模式进行解释：当E1-1和E1-2互为1+1模式时，E1-1和E1-2同步传输相同内容，假设E1-1出现故障时， E1-2随即进行无缝切换。当E1-1和E1-2互为1:1模式时，E1-1和E1-2可以传输不同的内容，假设E1-1出现故障时，E1-2舍弃原传输内容，切换为E1-1传输的内容。1+1模式有利于数据的保护和安全性，做到不会丢失数据，但是会影响到端口的使用效率；1:1模式可以提高端口使用效率，但是在切换过程中可能会导致数据丢失。这里考虑到数据的安全性，选用的是1+1保护模式。即主用系统PCM-A中E1-1通过联通链路，E1-2通过微波链路传输相同的信号，如果联通光缆链路E1-1中断后，PCM-A会自动无缝切换到微波链路E1-2利用微波进行传输，等联通光缆链路恢复后再自动切回，实现对保护链路的自动切换。
2、业务倒换
主用系统PCM-A和备用系统PCM-B 通过倒换设备(银讯ZMUX-1230T)，形成联动传输装置，对一些重要信号采取主备PCM两路同时传输，线路倒换设备选择使用的模式。即正常情况下，主用PCM-A设备E1-1、E1-2与备用PCM-B设备E1-1、E1-2同时传输某些重要信号，主备两路信号同时进入倒换设备，由联动配置来选择主路输出。
但是如果主用PCM-A设备E1-1、E1-2全故障，备用PCM-B设备的E1-1通道正常时，线路倒换设备ZMUX-1230T由主用全部切换到备用线路，使用备用PCM-B设备来传输业务。当主用PCM-A设备E1-1或者E1-2通道恢复时，线路倒换设备自动全部切换回主用线路，使用主用PCM-A设备来传输业务。
加入线路倒换设备，可以对相同信号进行双路传输，分置选择，这样可以防止整个系统中某个环节故障，信号全部异常，或者全部VHF频率长发时，管制员无频率可用的情况。例如将12信道VHF系统接入传输系统时，把主备频率分为三组，常用的重要频率通过倒换设备进行自动切换，另外两组备频或者不常用的应急频率直接接入主备两套PCM设备，这样即可以使重要频率多一条传输路径，又将主备频率分开，防止主备频率同时异常、或者长发时导致全部频率不能使用或者占用的恶性事件发生。
3、网管系统
银讯公司提供的网管软件将PCM、倒换设备全部进行实时集中监控，并且两端的倒换设备、主备两套传输系统均完全受控于的网管系统。网管系统可以对PCM进行全部配置，诸如时隙的分配，保护策略的选择，设备环路测试、长发监测等等。对于远端台站来说，本地网管可以实现对设备的任意切换，自动手动设置了。一旦遇到故障、长发等情况时，可以及时掌握情况，并进行相应动作。
六、效益分析
该系统采用通用的国产PCM设备，利用两路光缆、一路微波实现了“两地一空”的信号传输，建成后已在某山雷达站和航管楼正式投入运行，各种信号传输稳定可靠，使用简单，维护方便，使用效果良好。而且系统功能完善，性价比很高，节省了大约30万元的建设资金。运营费用和传统的传输系统相比，能节省2/3的线路租费。此外系统容量大，可承载业务类型丰富，涵盖目前空管系统需求的各类业务的传输需求，并预留有大量的业务端口，今后在不需要再投资的前提下，顺利实现某山雷达站业务扩容，经济效益明显。
论文作者:宿俊
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/30
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