對海上數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）技術的研究

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)的導航數(shù)據(jù)系統(tǒng)技術思路，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OFDM模式進行調制，在諸多方面能進行應用層的開發(fā)，此系統(tǒng)對文字、圖形等方面有諸多公益與商業(yè)的應用價值。

關鍵詞：海上數(shù)字廣播系統(tǒng) NAVDAT 技術 OFDM 網(wǎng)絡架構

0 前言

人民網(wǎng)在2016年1月7日發(fā)布：由交通運輸部東海航海保障中心設計研發(fā)的海上安全信息數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）2016年1月1日在上海試運行，測試數(shù)據(jù)傳輸速率達到每秒傳輸18kb，近海覆蓋范圍超過250海里，標志著我國沿海船岸通信技術取得重大突破。

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)傳輸速率達到每秒傳輸15～25kb，近海覆蓋范圍達到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、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，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鍵系統(tǒng)，該項目屬于國內首創(chuàng)并逐步接軌國外技術水平，填補了我國在海上安全信息播發(fā)領域的空白。

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 17/4《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)代化可能的應用的設備、系統(tǒng)和技術之一。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)，在波羅的海進行了測試，驗證技術的可行性。

2010年，ITU-R根據(jù)部分歐洲國家前期研究成果，發(fā)布了關于利用495kHz～505kHz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)務的中頻頻段部分設備，開展水上安全信息數(shù)字播發(fā)的方案，包括可能的網(wǎng)絡結構、消息種類、編解碼方式、調制方式以及與現(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495kHz～505kHz頻段再次劃分為水上移動業(yè)務專用。同年，ITU-R正式頒布新的技術建議書《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）的技術特性》。

2 海上數(shù)字廣播系統(tǒng)（NAVDAT）國內的研究現(xiàn)狀

2015年，交通運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，進行了播發(fā)試驗驗證，建立了信號接收監(jiān)視站，在部分船舶安裝NAVDAT接收和顯示設備。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。

試驗主要內容為不同的調制模式和編碼方式的組合下，接收的信號強度、信噪比、數(shù)據(jù)幀傳輸成功率、文件傳輸成功率等內容。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。2016年11月花鳥島測試統(tǒng)計情況如圖2-2所示，調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（無人船、人工智能船、公務船、漁船和商船）進行測試，并存儲各項數(shù)據(jù)，為未來統(tǒng)計分析和決策提供有效的長期、真實、可靠的數(shù)據(jù)進行積累和分析。

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)調具體頻率的使用、國內頻率主管機關進行具體審批和協(xié)調；IMO對有關GMDSS系統(tǒng)相關船用設備及安全信息播發(fā)的具體修改建議；國內行政主管機關的協(xié)調與支持、航海類廠商的參與建設、維護、培訓以及后期應用層開發(fā)等等相關事宜需要協(xié)調、推進。

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)展做好了理論基礎和工程實踐的驗證工作。對未來從海上進行高速數(shù)字化通信提供了有力保障，為未來E航海、GMDSS現(xiàn)代化的建設與技術開發(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展打開了有效的道路。

參考文獻：

[1] 孫宇彤.LTE教程原理與實現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014： 3-4.

[2] 趙北雁，謝偉良，孫震強，等. OFDM 在未來無線通信系統(tǒng)中的應用分析[J].中國無線電，2008（5）：35-39.

[3] 高峰，高澤華，豐雷，等.TD-LTE 技術標準與實踐[M].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[J].計算機技術與發(fā)展，2008，18（3）：184-187.

[5] 佟學儉，羅濤.OFDM移動通信技術原理與應用[M].北京人民郵電出版社，2003：31-33.

[6] 易睿得，趙治.LTE系統(tǒng)原理及應用[M].北京電子工業(yè)出版社，2012：141-152.

[7] Recommendation ITU-R M.2010（03/2012） Characteristics of a digital system， named Navigational Data for broadcasting maritime safety and security related information from shore-to-ship in the 500 KHz band.