浅析GMDSS现代化与水上无线电数字通信技术

2016-07-15熊娥广州通信中心

珠江水运 2016年11期

关键词：数字通信

◎ 熊娥广州通信中心

◎ 熊娥广州通信中心

摘要：本文介绍了GMDSS的基本情况，阐述了GMDSS复审和现代化的相关进展，分析了GMDSS现代化背景下NAVDAT、高频数字通信和VDES等最新水上数字无线电通信技术，并对未来发展动态进行了展望。

关键词：GMDSS现代化数字通信 NAVDAT 高频数字通信 VDES

1.全球海上遇险与安全系统（GMDSS）

GMDSS由卫星通信系统和地面无线电通信系统组成。它主要包括遇险报警与值守、搜救协调通信与救助现场通信、定位、海上安全信息播发、常规公众业务通信及驾驶台与驾驶台间互通信等功能。作为SOLAS公约缔约国，我国自1999年2月1日起要求符合SOLAS公约第一条要求的所有船舶和300总吨以上的货船应按要求强制配备GMDSS设备，中国船级社也对20米以上非公约尺度船舶配备GMDSS设备也做了相应强制性规定。海岸电台作为水上安全监管和搜寻救助的重要环节，代表国家承担了水上无线电通信系统中部分MF/HF/VHF通信工作，具体包括公益性的遇险安全值守及后续通信、常规公众业务通信及海上安全信息播发等业务。

2.GMDSS复审与现代化进展

随着近些年来通信和信息网络技术的迅猛发展，国际海事组织（IMO）和国际电信联盟（ITU）积极推进水上遇险及安全通信领域新技术、政策和频谱需求研究，以满足航运界的日益增长的通信信息服务需求。

2.1IMO相关工作进展

2008年IMO的无线电通信与搜救（COMSAR）分委会第12次会议首次提出审议GMDSS需求，2009年IMO的海安会（MSC）第86次会议批准了COMSAR第13次会议关于“开展对GMDSS要素和程序复审问题范围研究”的提案，并于次年的COMSAR第14次会议上成立特别工作组。按照该工作组计划，已于2012年2月COMSAR 第16次会议确定GMDSS复审和现代化研究范围和任务；海安会第90次会议正式批准并启动GMDSS复审和现代化项目。

该项目分为高级复审和详细复审两个阶段，其中2012至2014年开展高级复审，高级复审包括：（1）对GMDSS已有九项功能进行复审；（2）对正在使用无线电通信优先等级顺序进行复审；（3）对海区划分及设备配备需求进行复审；（4）对船舶类别差异性要求的审查；（5）对遇险通信和其他类型的通信分离审查等5个方面内容。目前GMDSS高级复审已基本完成，高级复审报告在2015年导航、通信与搜救（NCSR）分委会第1次会议上已获得通过。

在高级复审基础上，2015至2017年计划进行详细复审，详细复审包括：（1）GMDSS功能要求变化而带来的要求及解决建议；（2）GMDSS遇险报警传输途径与岸-岸通信；（3）用甚高频（VHF）+卫星替代中频（MF）/高频（HF）和数字选择性呼叫（DSC）设备；（4）窄带印制电报（NBDP）在GMDSS中的作用；（5）中高频误报警跟踪调查机制；（6）结合IMO对e航海研究，以及ITU对无线电频谱的研究，考虑未来水上甚高频数据交换系统（VDES）的引入等15个方面内容。

2.2 ITU相关工作进展

由于国际水上无线电通信技术主要由ITU无线电通信组（ITU-R）主导，NCSR分委会就GMDSS复审和现代化工作与ITU-R保持了密切联系。ITU在2012年世界无线电通信大会上通过了与GMDSS复审与现代化工作密切相关的两项重要议题

（1）359号决议审议频谱划分规则以支持IMO的GMDSS现代化和e航海战略；

（2）360号决议审议有助于引入可能的新的通信技术应用和新应用方面的规则条款并考虑调整相应的频谱划分，以改善水上无线电通信质量。该决议建议在ITU-R研究结果基础上修订了国际《无线电规则》以引入更多水上无线电通信应用。

3.GMDSS现代化背景下水上数字无线电通信技术

通过对IMO和ITU最新会议文件研究，笔者认为为满足船舶从泊位到泊位间航行的通信信息服务需求，GMDSS复审及现代化必然将推动传统水上无线电通信向着数字化，高带宽，全覆盖等方向不断发展，进而形成新一代的水上无线电数字通信网。下面对ITU-R推荐的GMDSS现代化部分关键通信技术进行简要探讨。

3.1水上中频安全信息数字广播系统（NAVDAT）

根据ITU-R M.2010技术建议方案，中频水上安全信息数字广播系统（NAVDAT）是ITU-R推荐的基于中频500kHz建立岸到船的（NAVDAT）数字通信技术方案。

NAVDAT采用10kHz带宽发射，通过正交频分复用数字调制技术，在16-QAM调制模式下，NAVDAT理论数据传输速率可达25kbps。考虑纠错编码率后实际传输速率约为18kbps，是现有航行警告电传系统（NAVTEX）5 0 b p s的3 6 0倍，可有效解决当前NAVTEX系统因速率低导致的业务过载和及时性等不足。NAVDAT可播发包括文本、图像、音频、数据集等多种数据格式。实现对航行警告、气象警告、搜救信息、海盗警告、遇险等优先信息，气象预报、波浪潮流信息、VTS交通信息、引航信息、航标信息、AIS报告等航行信息及电子海图更新、港口信息和交通状态图等来自安全和可控的信息源的所有相关信息的广泛播发，有效播发范围约300海里，可实现对A1，A2海区覆盖。

技术上，由于集成了船舶位置和水上移动识别码（MMSI），NAVDAT支持一般性广播、区域性广播和选择性广播等多种播发方式，并在需要时可实现对授权用户的加密广播。此外，NAVDAT采用与NAVTEX类似的时隙分配方式，可重用现有的NAVTEX系统基础设施，并支持通过数字接口扩展，对GMDSS现代化的新通信应用及信息服务提供了良好的开放性。

东海航海保障中心于2013年起开展NAVDAT试验系统研究工作，并完成了电子海图远程更新传输试验。东海航海保障中心已于2016年1月1日起在上海提供NAVDAT试运行服务；目前系统数据传输速率约18kbps，并基本实现对A1，A2海区覆盖。

3.2水上高频数字化数据交换及电子邮件系统

根据ITU-R M.1798-1技术建议方案，水上高频数字通信采用自适应通信技术，能自动评价各信道通信质量并根据信道通信质量来选择最佳工作信道，经由高频海岸电台可实现与互联网互通。它共推荐了三套技术方案。

（1）使用数字信号处理（DSP）技术和正交频分多路传输的调制解调协议，可有效解决频率选择，频谱使用等问题。该类高频数字通信设备使用32个载波，4相位波形，中心频率1700Hz。因为单一分载波带宽小，能容忍中等衰减；故多载波方法可评估到衰退信道而不需要补偿器，使得多载波的通信能够简单进行，设备缺点主要是是对频偏和振荡器相位噪声较敏感。目前物理层原码基本速率为1684bps。

（2）电子邮件系统（Global Link Network）基于Pactor-Ⅲ协议，使用18个子载波，物理层原码基本速率为3600bps，频道带宽为3kHz双工信道。

（3）宽带高频数字传输系统基于船舶通信互联网协议系统（Internet Protocol for Boat Communications），采用OFDM+xQAM或OFDM+QPSK调制方式，最佳传输速率为22kbps，频道带宽为10-20kHz的双工通道。

高频通信主要以天波方式靠电离层反射传播，可实现数千公里远程通信，故在通信领域得到了广泛应用，是海岸电台远距离通信保障的有效手段。南海航海保障中心2014进行了长达2000公里的高频组网通信测试，完成了与移动电话的数字化语音、文本短信的高频数字通信。

3.3VDES

根据ITU-R M.1842-1技术建议方案，VDES系统集成了自动识别系统（AIS）、特殊应用报文（ASM）和宽带甚高频数据交换（VDE）三项功能，不仅能实现船-船、船-岸间的数据交换，还为未来实现卫星与船舶的远程双向数字通信预留了空间。

该系统的优点是在保障AIS已有功能应用基础上，通过ASM和VDE全面强化船舶通信的数据传输能力。具体来说VDES为不同内容及格式的信息划分了专用频谱：与航行安全密切相关的船舶位置和航行状态信息仍保留在AIS专用信道下，以减轻该信道负担，并保证其不被占用；与导航无关的水文气象等非安全信息由ASM承载，并为其配置两个25kHz信道；而对于其他内容更丰富、格式更灵活的信息则依托100kHz的双频信道由VDE完成传输，大大提高船-船及船-岸的数字通信速度。

对航海者来说，VDES系统对船舶位置报告和安全性相关信息给予最高优先级，开辟专用频段保障信息传输，其次是使用更灵活，航海者可根据需要主动向其他船舶、港口推送或定制信息，最后是依托信道调整使得信息传输速度极大提升，VDES系统的理论传输速率可达到307kbps。