對海上數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）技術(shù)的研究

1、對海上數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）技術(shù)的研究關(guān)鍵詞：海上數(shù)字廣播系統(tǒng) NAVDAT 技術(shù) OFDM 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)0 前言人民網(wǎng)()在2016年01月07日進(jìn)行發(fā)稿海上安全信息數(shù)字廣播系統(tǒng)試運(yùn)行由交通運(yùn)輸部東海航海保障中心設(shè)計研發(fā)的海上安全信息數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）2016年1月1日在上海試運(yùn)行，測試數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到每秒傳輸18kb，近海覆蓋范圍超過250海里，標(biāo)志著我國沿海船岸通信技術(shù)取得重大突破。NAVDAT是新一代數(shù)字化海上安全信息播發(fā)系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到每秒傳輸15至25kb，近海覆蓋范圍達(dá)到400海里，可以高速傳輸文本、圖片、圖表、影像及電子海圖更新包等多種格式文件，能夠滿足沿海

2、安全信息不斷增長的數(shù)據(jù)量要求?，F(xiàn)有的沿海航行警告系統(tǒng)（NAVTEX）數(shù)據(jù)傳輸速率僅有每秒50b，數(shù)據(jù)傳送格式單一，難以滿足現(xiàn)代船舶海上安全的需求，而此次實測NAVDAT傳輸速率是NAVTEX的360倍，并且支持航行警告、氣象水文信息、搜救信息、港口和引航業(yè)務(wù)、船舶交通信息、海事安全和保安、電子海圖數(shù)據(jù)等播發(fā)業(yè)務(wù)，大大提高海上安全信息的播發(fā)能力。海上數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）是全球海上遇險與安全系統(tǒng)(GMDSS)現(xiàn)代化和電子航海中的關(guān)鍵系統(tǒng)，該項目屬于國內(nèi)首創(chuàng)并逐步接軌國外技術(shù)水平，填補(bǔ)了我國在海上安全信息播發(fā)領(lǐng)域的空白。1 海上數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）的國際研究現(xiàn)狀COMSAR第16次會

3、議上，比利時、法國、德國和羅馬尼亞共同提出了在500kHz上（海上安全數(shù)字廣播系統(tǒng)）播發(fā)航海安全和保密信息的數(shù)字系統(tǒng)的提案（COMSAR 16/4/3）。在NAV58會議上，保加利亞、法國和羅馬尼亞共同提出了Digital system for broadcasting maritime safety - and security - related information in the 495-505 kHz band (海上安全數(shù)字廣播系統(tǒng))的提案（NAV 58/INF.17）。COMSAR 17/4Report of the eighth meeting of the Joint IMO

4、/ITU Experts Group Maritime radio communication matters（Note by the Secretariat）（第44節(jié)）將海上安全數(shù)字廣播系統(tǒng)列為GMDSS現(xiàn)代化可能的應(yīng)用的設(shè)備、系統(tǒng)和技術(shù)之一。法國自從2008年開始研發(fā)海上安全數(shù)字廣播系統(tǒng)系統(tǒng)，在波羅的海進(jìn)行了測試，驗證技術(shù)的可行性。2010年ITU-R根據(jù)部分歐洲國家前期研究成果，發(fā)布了關(guān)于利用495kHz505kHz頻段實施岸至船安全信息數(shù)字廣播的研究報告；提出了利用現(xiàn)有水上移動業(yè)務(wù)的中頻頻段部分設(shè)備，開展水上安全信息數(shù)字播發(fā)的方案，包括可能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、消息種類、編解碼方式、調(diào)制方式以

5、及與現(xiàn)有NAVTEX播發(fā)系統(tǒng)在軟件和硬件兼容性方面的考慮等內(nèi)容。2012年世界無線電通信大會最終通過對現(xiàn)行國際無線電規(guī)則的修訂，將495kHz505kHz頻段再次劃分為水上移動業(yè)務(wù)專用。同年，ITU-R正式頒布新的技術(shù)建議書在500kHz頻段實施岸至船安全信息廣播的數(shù)字系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù);（Navigational Data，簡稱海上安全數(shù)字廣播系統(tǒng)A）的技術(shù)特性。2 海上數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）國內(nèi)的研究現(xiàn)狀自2015年，交通運(yùn)輸部東海航海保障中心通過水上安全信息數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）應(yīng)用示范;的研究，在東海海域建立區(qū)域性NAVDAT試驗播發(fā)站，進(jìn)行了播發(fā)試驗驗證，建立了信號接收監(jiān)視站，

6、在部分船舶安裝NAVDAT接收和顯示設(shè)備。播發(fā)站位于上海海岸電臺周浦發(fā)信臺，信號接收監(jiān)視站分別位于嵊泗縣花鳥山燈塔、舟山大鵬山燈塔和上海漕河涇等地，其中花鳥山燈塔距離播發(fā)臺100公里左右，如圖2-1所示。試驗主要內(nèi)容為不同的調(diào)制模式和編碼方式的組合下，接收的信號強(qiáng)度、信噪比、數(shù)據(jù)幀傳輸成功率、文件傳輸成功率等內(nèi)容。通過多地、長期的試驗測試，記錄了大量的無線電傳輸數(shù)據(jù)，為研究NAVDAT傳輸特性奠定了基礎(chǔ)。2016年11月花鳥島測試統(tǒng)計情況如圖2-2所示，調(diào)制模式和編碼方式的組合包括了OFDM 64QAM 3/4糾錯編碼、64QAM 1/2糾錯編碼、16QAM 3/4糾錯編碼、16QAM 1/2

7、糾錯編碼、4QAM 3/4糾錯編碼和4QAM 1/2糾錯編碼等。試驗測試發(fā)現(xiàn)，由于NAVDAT采用中波無線電波傳輸，信道存在變化特點，例如：信道白天和夜晚不同，因為白天以表面波傳播為主，夜晚以表面波加天波傳播為主，會對接收的成功率造成不同的影響。在通過實驗和驗證過程中，使用S-57格式進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，S-57電子海圖可以通過海上數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）進(jìn)行播發(fā)和接收電子海圖更新包，如圖2-3所示（試驗示意圖）。按照系統(tǒng)研究計劃，2017年將在船舶（無人（人工智能AI(Artificial Intelligence)船、公務(wù)船、漁船和商船）上進(jìn)行測試，并存儲各項數(shù)據(jù)，為未來統(tǒng)計分析和決策提供有

8、效的長期、真實、可靠的數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和分析。在海上數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）的研發(fā)和研制過程中，后期還需ITU協(xié)調(diào)具體頻率的使用、國內(nèi)頻率主管機(jī)關(guān)進(jìn)行具體審批和協(xié)調(diào)；IMO對有關(guān)GMDSS系統(tǒng)相關(guān)船用設(shè)備及安全信息播發(fā)的具體修改建議；國內(nèi)行政主管機(jī)關(guān)的協(xié)調(diào)與支持、航海類廠商的參與建設(shè)、維護(hù)、培訓(xùn)以及后期應(yīng)用層開發(fā)等等相關(guān)事宜需要協(xié)調(diào)、推進(jìn)。3 展望經(jīng)過2014年東海航海保障中心對海上數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）的理論研究、2015年對NAVDAT系統(tǒng)的驗證性實踐、2016年對NAVDAT系統(tǒng)工程的研究建設(shè)和數(shù)據(jù)初步統(tǒng)計分析，為海上數(shù)字通信高速數(shù)字化的發(fā)展做好了理論基礎(chǔ)和工程實踐的驗證工作。對未

9、來從海上進(jìn)行高速數(shù)字化通信提供了有力保障，為未來E航海、GMDSS現(xiàn)代化的建設(shè)與技術(shù)開發(fā)提供了有效的系統(tǒng)驗證經(jīng)驗，對未來提高NAVTEX系統(tǒng)的播發(fā)速率和效能、電子海圖更新等需要數(shù)字傳輸方式的通信信道的擴(kuò)展打開了有效的道路。參考文獻(xiàn)：【1】 孫宇彤.LTE教程原理與實現(xiàn).北京:電子工業(yè)出版社,2014: 3-4.【2】 趙北雁,謝偉良,孫震強(qiáng),等. OFDM 在未來無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用分析.中國無線電,2008(5):35-39.【3】 高峰,高澤華,豐雷,等.TD-LTE 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與實踐.北京:人民郵電出版社,2011:12-13.【4】 陳良明,韓澤耀.OFDM第四代移動通信的主流技術(shù).計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2008,18(3):184-187.【5】 佟學(xué)儉,羅濤.OFDM移動通信技術(shù)原理與應(yīng)用.北京人民郵電出版社,2003:31-33.【6】 易睿得,趙治.LTE系統(tǒng)原理及應(yīng)用.北京電子工業(yè)出版社,2012:141-152.【7】 Recommendation ITU-R M.2010(03/2012) Characteristics