◎ 熊娥 廣州通信中心

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淺析GMDSS現(xiàn)代化與水上無線電數(shù)字通信技術(shù)

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摘 要：本文介紹了GMDSS的基本情況，闡述了GMDSS復(fù)審和現(xiàn)代化的相關(guān)進(jìn)展，分析了GMDSS現(xiàn)代化背景下NAVDAT、高頻數(shù)字通信和VDES等最新水上數(shù)字無線電通信技術(shù)，并對(duì)未來發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：GMDSS現(xiàn)代化 數(shù)字通信 NAVDAT 高頻數(shù)字通信 VDES

1.全球海上遇險(xiǎn)與安全系統(tǒng)（GMDSS）

GMDSS由衛(wèi)星通信系統(tǒng)和地面無線電通信系統(tǒng)組成。它主要包括遇險(xiǎn)報(bào)警與值守、搜救協(xié)調(diào)通信與救助現(xiàn)場(chǎng)通信、定位、海上安全信息播發(fā)、常規(guī)公眾業(yè)務(wù)通信及駕駛臺(tái)與駕駛臺(tái)間互通信等功能。作為SOLAS公約締約國(guó)，我國(guó)自1999年2月1日起要求符合SOLAS公約第一條要求的所有船舶和300總噸以上的貨船應(yīng)按要求強(qiáng)制配備GMDSS設(shè)備，中國(guó)船級(jí)社也對(duì)20米以上非公約尺度船舶配備GMDSS設(shè)備也做了相應(yīng)強(qiáng)制性規(guī)定。海岸電臺(tái)作為水上安全監(jiān)管和搜尋救助的重要環(huán)節(jié)，代表國(guó)家承擔(dān)了水上無線電通信系統(tǒng)中部分MF/HF/VHF通信工作，具體包括公益性的遇險(xiǎn)安全值守及后續(xù)通信、常規(guī)公眾業(yè)務(wù)通信及海上安全信息播發(fā)等業(yè)務(wù)。

2.GMDSS復(fù)審與現(xiàn)代化進(jìn)展

隨著近些年來通信和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)際海事組織（IMO）和國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）積極推進(jìn)水上遇險(xiǎn)及安全通信領(lǐng)域新技術(shù)、政策和頻譜需求研究，以滿足航運(yùn)界的日益增長(zhǎng)的通信信息服務(wù)需求。

2.1IMO相關(guān)工作進(jìn)展

2008年IMO的無線電通信與搜救（COMSAR）分委會(huì)第12次會(huì)議首次提出審議GMDSS需求，2009年IMO的海安會(huì)（MSC）第86次會(huì)議批準(zhǔn)了COMSAR第13次會(huì)議關(guān)于“開展對(duì)GMDSS要素和程序復(fù)審問題范圍研究”的提案，并于次年的COMSAR第14次會(huì)議上成立特別工作組。按照該工作組計(jì)劃，已于2012年2月COMSAR 第16次會(huì)議確定GMDSS復(fù)審和現(xiàn)代化研究范圍和任務(wù)；海安會(huì)第90次會(huì)議正式批準(zhǔn)并啟動(dòng)GMDSS復(fù)審和現(xiàn)代化項(xiàng)目。

該項(xiàng)目分為高級(jí)復(fù)審和詳細(xì)復(fù)審兩個(gè)階段，其中2012至2014年開展高級(jí)復(fù)審，高級(jí)復(fù)審包括：（1）對(duì)GMDSS已有九項(xiàng)功能進(jìn)行復(fù)審；（2）對(duì)正在使用無線電通信優(yōu)先等級(jí)順序進(jìn)行復(fù)審；（3）對(duì)海區(qū)劃分及設(shè)備配備需求進(jìn)行復(fù)審；（4）對(duì)船舶類別差異性要求的審查；（5）對(duì)遇險(xiǎn)通信和其他類型的通信分離審查等5個(gè)方面內(nèi)容。目前GMDSS高級(jí)復(fù)審已基本完成，高級(jí)復(fù)審報(bào)告在2015年導(dǎo)航、通信與搜救（NCSR）分委會(huì)第1次會(huì)議上已獲得通過。

在高級(jí)復(fù)審基礎(chǔ)上，2015至2017年計(jì)劃進(jìn)行詳細(xì)復(fù)審，詳細(xì)復(fù)審包括：（1）GMDSS功能要求變化而帶來的要求及解決建議；（2）GMDSS遇險(xiǎn)報(bào)警傳輸途徑與岸-岸通信；（3）用甚高頻（VHF）+衛(wèi)星替代中頻（MF）/高頻（HF）和數(shù)字選擇性呼叫（DSC）設(shè)備；（4）窄帶印制電報(bào)（NBDP）在GMDSS中的作用；（5）中高頻誤報(bào)警跟蹤調(diào)查機(jī)制；（6）結(jié)合IMO對(duì)e航海研究，以及ITU對(duì)無線電頻譜的研究，考慮未來水上甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（VDES）的引入等15個(gè)方面內(nèi)容。

2.2 ITU相關(guān)工作進(jìn)展

由于國(guó)際水上無線電通信技術(shù)主要由ITU無線電通信組（ITU-R）主導(dǎo)，NCSR分委會(huì)就GMDSS復(fù)審和現(xiàn)代化工作與ITU-R保持了密切聯(lián)系。ITU在2012年世界無線電通信大會(huì)上通過了與GMDSS復(fù)審與現(xiàn)代化工作密切相關(guān)的兩項(xiàng)重要議題

（1）359號(hào)決議審議頻譜劃分規(guī)則以支持IMO的GMDSS現(xiàn)代化和e航海戰(zhàn)略；

（2）360號(hào)決議審議有助于引入可能的新的通信技術(shù)應(yīng)用和新應(yīng)用方面的規(guī)則條款并考慮調(diào)整相應(yīng)的頻譜劃分，以改善水上無線電通信質(zhì)量。該決議建議在ITU-R研究結(jié)果基礎(chǔ)上修訂了國(guó)際《無線電規(guī)則》以引入更多水上無線電通信應(yīng)用。

3.GMDSS現(xiàn)代化背景下水上數(shù)字無線電通信技術(shù)

通過對(duì)IMO和ITU最新會(huì)議文件研究，筆者認(rèn)為為滿足船舶從泊位到泊位間航行的通信信息服務(wù)需求，GMDSS復(fù)審及現(xiàn)代化必然將推動(dòng)傳統(tǒng)水上無線電通信向著數(shù)字化，高帶寬，全覆蓋等方向不斷發(fā)展，進(jìn)而形成新一代的水上無線電數(shù)字通信網(wǎng)。下面對(duì)ITU-R推薦的GMDSS現(xiàn)代化部分關(guān)鍵通信技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

3.1水上中頻安全信息數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）

根據(jù)ITU-R M.2010技術(shù)建議方案，中頻水上安全信息數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）是ITU-R推薦的基于中頻500kHz建立岸到船的（NAVDAT）數(shù)字通信技術(shù)方案。

NAVDAT采用10kHz帶寬發(fā)射，通過正交頻分復(fù)用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，在16-QAM調(diào)制模式下，NAVDAT理論數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)25kbps?？紤]糾錯(cuò)編碼率后實(shí)際傳輸速率約為18kbps，是現(xiàn)有航行警告電傳系統(tǒng)（NAVTEX）5 0 b p s的3 6 0倍，可有效解決當(dāng)前NAVTEX系統(tǒng)因速率低導(dǎo)致的業(yè)務(wù)過載和及時(shí)性等不足。NAVDAT可播發(fā)包括文本、圖像、音頻、數(shù)據(jù)集等多種數(shù)據(jù)格式。實(shí)現(xiàn)對(duì)航行警告、氣象警告、搜救信息、海盜警告、遇險(xiǎn)等優(yōu)先信息，氣象預(yù)報(bào)、波浪潮流信息、VTS交通信息、引航信息、航標(biāo)信息、AIS報(bào)告等航行信息及電子海圖更新、港口信息和交通狀態(tài)圖等來自安全和可控的信息源的所有相關(guān)信息的廣泛播發(fā)，有效播發(fā)范圍約300海里，可實(shí)現(xiàn)對(duì)A1，A2海區(qū)覆蓋。

技術(shù)上，由于集成了船舶位置和水上移動(dòng)識(shí)別碼（MMSI），NAVDAT支持一般性廣播、區(qū)域性廣播和選擇性廣播等多種播發(fā)方式，并在需要時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)授權(quán)用戶的加密廣播。此外，NAVDAT采用與NAVTEX類似的時(shí)隙分配方式，可重用現(xiàn)有的NAVTEX系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施，并支持通過數(shù)字接口擴(kuò)展，對(duì)GMDSS現(xiàn)代化的新通信應(yīng)用及信息服務(wù)提供了良好的開放性。

東海航海保障中心于2013年起開展NAVDAT試驗(yàn)系統(tǒng)研究工作，并完成了電子海圖遠(yuǎn)程更新傳輸試驗(yàn)。東海航海保障中心已于2016年1月1日起在上海提供NAVDAT試運(yùn)行服務(wù)；目前系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率約18kbps，并基本實(shí)現(xiàn)對(duì)A1，A2海區(qū)覆蓋。

3.2水上高頻數(shù)字化數(shù)據(jù)交換及電子郵件系統(tǒng)

根據(jù)ITU-R M.1798-1技術(shù)建議方案，水上高頻數(shù)字通信采用自適應(yīng)通信技術(shù)，能自動(dòng)評(píng)價(jià)各信道通信質(zhì)量并根據(jù)信道通信質(zhì)量來選擇最佳工作信道，經(jīng)由高頻海岸電臺(tái)可實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)互通。它共推薦了三套技術(shù)方案。

（1）使用數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)和正交頻分多路傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)協(xié)議，可有效解決頻率選擇，頻譜使用等問題。該類高頻數(shù)字通信設(shè)備使用32個(gè)載波，4相位波形，中心頻率1700Hz。因?yàn)閱我环州d波帶寬小，能容忍中等衰減；故多載波方法可評(píng)估到衰退信道而不需要補(bǔ)償器，使得多載波的通信能夠簡(jiǎn)單進(jìn)行，設(shè)備缺點(diǎn)主要是是對(duì)頻偏和振蕩器相位噪聲較敏感。目前物理層原碼基本速率為1684bps。

（2）電子郵件系統(tǒng)（Global Link Network）基于Pactor-Ⅲ協(xié)議，使用18個(gè)子載波，物理層原碼基本速率為3600bps，頻道帶寬為3kHz雙工信道。

（3）寬帶高頻數(shù)字傳輸系統(tǒng)基于船舶通信互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議系統(tǒng)（Internet Protocol for Boat Communications），采用OFDM+xQAM或OFDM+QPSK調(diào)制方式，最佳傳輸速率為22kbps，頻道帶寬為10-20kHz的雙工通道。

高頻通信主要以天波方式靠電離層反射傳播，可實(shí)現(xiàn)數(shù)千公里遠(yuǎn)程通信，故在通信領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，是海岸電臺(tái)遠(yuǎn)距離通信保障的有效手段。南海航海保障中心2014進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)2000公里的高頻組網(wǎng)通信測(cè)試，完成了與移動(dòng)電話的數(shù)字化語音、文本短信的高頻數(shù)字通信。

3.3VDES

根據(jù)ITU-R M.1842-1技術(shù)建議方案，VDES系統(tǒng)集成了自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）、特殊應(yīng)用報(bào)文（ASM）和寬帶甚高頻數(shù)據(jù)交換（VDE）三項(xiàng)功能，不僅能實(shí)現(xiàn)船-船、船-岸間的數(shù)據(jù)交換，還為未來實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與船舶的遠(yuǎn)程雙向數(shù)字通信預(yù)留了空間。

該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是在保障AIS已有功能應(yīng)用基礎(chǔ)上，通過ASM和VDE全面強(qiáng)化船舶通信的數(shù)據(jù)傳輸能力。具體來說VDES為不同內(nèi)容及格式的信息劃分了專用頻譜：與航行安全密切相關(guān)的船舶位置和航行狀態(tài)信息仍保留在AIS專用信道下，以減輕該信道負(fù)擔(dān)，并保證其不被占用；與導(dǎo)航無關(guān)的水文氣象等非安全信息由ASM承載，并為其配置兩個(gè)25kHz信道；而對(duì)于其他內(nèi)容更豐富、格式更靈活的信息則依托100kHz的雙頻信道由VDE完成傳輸，大大提高船-船及船-岸的數(shù)字通信速度。

對(duì)航海者來說，VDES系統(tǒng)對(duì)船舶位置報(bào)告和安全性相關(guān)信息給予最高優(yōu)先級(jí)，開辟專用頻段保障信息傳輸，其次是使用更靈活，航海者可根據(jù)需要主動(dòng)向其他船舶、港口推送或定制信息，最后是依托信道調(diào)整使得信息傳輸速度極大提升，VDES系統(tǒng)的理論傳輸速率可達(dá)到307kbps。

4.結(jié)束語

綜上，GMDSS現(xiàn)代化進(jìn)程中迅猛發(fā)展的水上無線電數(shù)字通信技術(shù)可以對(duì)船-船，船-岸提供數(shù)字化，高帶寬，全覆蓋的通信服務(wù)，實(shí)現(xiàn)文本、圖像、音頻、數(shù)據(jù)包等多種數(shù)據(jù)格式航運(yùn)信息服務(wù)的播發(fā)，并可提供數(shù)字接口，實(shí)現(xiàn)與船舶信息系統(tǒng)的無縫連接，進(jìn)而提供分類、區(qū)域性和定制化、自動(dòng)化的信息服務(wù)。

近年來，國(guó)內(nèi)外已推出同時(shí)支持模擬通信和數(shù)字通信的設(shè)備，相信隨著GMDSS現(xiàn)代化進(jìn)程的深入和水上無線電數(shù)字通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，海岸電臺(tái)將逐步實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的信息化、業(yè)務(wù)自動(dòng)化和智能化和通信質(zhì)量評(píng)估的科學(xué)化，滿足航運(yùn)界在大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)通信信息服務(wù)日益增長(zhǎng)的需求。

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