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

王翔　徐照榮

摘要：海上數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）在500千赫頻帶岸-船海上安全和保障信息播發(fā)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)系統(tǒng)技術(shù)思路，在傳統(tǒng)的NAVTEX僅僅能播發(fā)一般信息，而海上數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）可以按照需求的不同發(fā)送各種文字和數(shù)據(jù)信息。通過(guò)OFDM模式進(jìn)行調(diào)制，在諸多方面能進(jìn)行應(yīng)用層的開(kāi)發(fā)，此系統(tǒng)對(duì)文字、圖形等方面有諸多公益與商業(yè)的應(yīng)用價(jià)值。

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1月7日發(fā)布：由交通運(yùn)輸部東海航海保障中心設(shè)計(jì)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(cè)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(guò)250海里，標(biāo)志著我國(guó)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15～25kb，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，能夠滿足沿海安全信息不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量要求。

現(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(shí)測(cè)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(xiǎn)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(xiàng)目屬于國(guó)內(nèi)首創(chuàng)并逐步接軌國(guó)外技術(shù)水平，填補(bǔ)了我國(guó)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(guó)際研究現(xiàn)狀

COMSAR第16次會(huì)議上，比利時(shí)、法國(guó)、德國(guó)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(huì)議上，保加利亞、法國(guó)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 17/4《Report of the eighth meeting of the Joint IMO/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(guó)自從2008年開(kāi)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(cè)試，驗(yàn)證技術(shù)的可行性。

2010年，ITU-R根據(jù)部分歐洲國(guó)家前期研究成果，發(fā)布了關(guān)于利用495kHz～505kHz頻段實(shí)施岸至船安全信息數(shù)字廣播的研究報(bào)告；提出了利用現(xiàn)有水上移動(dòng)業(yè)務(wù)的中頻頻段部分設(shè)備，開(kāi)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(lèi)、編解碼方式、調(diào)制方式以及與現(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(wú)線電通信大會(huì)最終通過(guò)對(duì)現(xiàn)行國(guó)際《無(wú)線電規(guī)則》的修訂，將495kHz～505kHz頻段再次劃分為水上移動(dòng)業(yè)務(wù)專(zhuān)用。同年，ITU-R正式頒布新的技術(shù)建議書(shū)《在500kHz頻段實(shí)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(jiǎn)稱(chēng)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(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀

2015年，交通運(yùn)輸部東海航海保障中心通過(guò)“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(yàn)播發(fā)站，進(jìn)行了播發(fā)試驗(yàn)驗(yàn)證，建立了信號(hào)接收監(jiān)視站，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(tái)周浦發(fā)信臺(tái)，信號(hào)接收監(jiān)視站分別位于嵊泗縣花鳥(niǎo)山燈塔、舟山大鵬山燈塔和上海漕河涇等地，其中花鳥(niǎo)山燈塔距離播發(fā)臺(tái)100公里左右，如圖2-1所示。

試驗(yàn)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(hào)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(guò)多地、長(zhǎng)期的試驗(yàn)測(cè)試，記錄了大量的無(wú)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(niǎo)島測(cè)試統(tǒng)計(jì)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(cuò)編碼、64QAM 1/2糾錯(cuò)編碼、16QAM 3/4糾錯(cuò)編碼、16QAM 1/2糾錯(cuò)編碼、4QAM 3/4糾錯(cuò)編碼和4QAM 1/2糾錯(cuò)編碼等。

試驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，由于NAVDAT采用中波無(wú)線電波傳輸，信道存在變化特點(diǎn)，例如：信道白天和夜晚不同，因?yàn)榘滋煲员砻娌▊鞑橹?，夜晚以表面波加天波傳播為主，?huì)對(duì)接收的成功率造成不同的影響。

在通過(guò)實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證過(guò)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(guò)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(yàn)示意圖）。

按照系統(tǒng)研究計(jì)劃，2017年將在船舶（無(wú)人船、人工智能船、公務(wù)船、漁船和商船）進(jìn)行測(cè)試，并存儲(chǔ)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，為未來(lái)統(tǒng)計(jì)分析和決策提供有效的長(zhǎng)期、真實(shí)、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(guò)程中，后期還需ITU協(xié)調(diào)具體頻率的使用、國(guó)內(nèi)頻率主管機(jī)關(guān)進(jìn)行具體審批和協(xié)調(diào)；IMO對(duì)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(guó)內(nèi)行政主管機(jī)關(guān)的協(xié)調(diào)與支持、航海類(lèi)廠商的參與建設(shè)、維護(hù)、培訓(xùn)以及后期應(yīng)用層開(kāi)發(fā)等等相關(guān)事宜需要協(xié)調(diào)、推進(jìn)。

3 展望

經(jīng)過(guò)2014年?yáng)|海航海保障中心對(duì)海上數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）的理論研究、2015年對(duì)NAVDAT系統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)踐、2016年對(duì)NAVDAT系統(tǒng)工程的研究建設(shè)和數(shù)據(jù)初步統(tǒng)計(jì)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(shí)踐的驗(yàn)證工作。對(duì)未來(lái)從海上進(jìn)行高速數(shù)字化通信提供了有力保障，為未來(lái)E航海、GMDSS現(xiàn)代化的建設(shè)與技術(shù)開(kāi)發(fā)提供了有效的系統(tǒng)驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)，對(duì)未來(lái)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(kāi)了有效的道路。

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