关于海岸电台进行NAVDAT试验的技术分析

◎ 贾玉良 罗明标 广州通信中心

关于海岸电台进行NAVDAT试验的技术分析

◎ 贾玉良 罗明标 广州通信中心

海岸电台是全球海上遇险与安全系统（GMDSS）两大系统之地面通信系统，是海上安全通信的重要参与者，由于该系统主要采用的是二十几年前模拟通信技术，目前已无法满足现在数字通信技术和船上用户需求。NAVDAT的提出给出了一种全新的数字传输安全信息广播解决方案。随着GMDSS现代化进程的深入，海岸电台通过对NAVDAT进行前期试验验证，对于后期进行GMDSS技术升级改造具有重要的参考价值。

NAVDAT海岸电台 OFDM 软件调制解调

1.NAVDAT的提出

随着GMDSS现代化复审的不断深入，作为GMDSS中主要承担安全信息播发系统的NAVTEX，由于数据传输速率低、功能单一等缺点，制约了其在新环境下的应用。2012年ITU发布了工作在500 KHz 频带的中频海上移动服务数字广播系统 NAVDAT，播发由岸到船的与海上安全相关信息的技术建议书。

2.NAVDAT 技术特性

NAVDAT是一种新型的岸基海上数字广播系统，它采用最新数字传输技术，在500kHz上播发海上安全信息和其他服务信息。NAVDAT通过播发消息、文本、文件或图像，实现海图改正信息等航行相关安全信息的快速推送，并实现与船舶信息系统的无缝连接。NAVDAT系统通过联网播发，还可实现A2海区的覆盖。因此，NAVDAT可增强海事信息业务能力，是GMDSS现代化和e航海中的关键系统。

NAVDAT采用了一种类似于NAVTEX的时隙分配方式，便于IMO以相同的方式进行协调。其也可以以单频网络的方式工作。

无论采用何种播发方式，NAVDAT都会提供广播、选择性播发、特定播发等三种不同的播发模式。此外，NAVDAT 还提供对于任意种类的岸到船信息的加密广播服务。

由于NAVDAT采用了数字编解码技术，使得在10KHz带宽的频道上，数据传输速率高达15-25kb/s，是NAVTEX系统的300倍。正是NAVDAT高速的数据传输能力，使得它扩大了安全信息的播发范围，能够播发诸如海图，气象云图，数据等等。NAVDAT能够以友好的交互方式在接收端显示，并能够将信息整合至导航设备（ECDIS、INS）。

3.NAVDAT系统分析

3.1试验必要性

NAVTEX系统作为一个上世纪七十年代设计的系统，存在播发速率低、播发及时性差、不能满足播发各类MSI数据的要求、不能满足播发海事新业务数据的要求、不能播发多媒体信息、无法与船舶信息系统和设备无缝连接，需要人工操作等问题。

以广州海岸电台为例，广州海岸电台“全球海上遇险和安全系统”建设工程实施已近20年，现有NBDP/FEC广播已很少船舶收听，NAVTEX广播又存在以上诸多缺陷，已无法满足现代数字通信技术和船舶上用户需求，亟需通过技术更新提高海上通信服务能力。NAVDAT在中频500KHz有着良好的传输能力，可达250-300 nm，能有效覆盖珠三角及粤东粤西沿海重要水域，同时满足现代数字通信技术要求。利用广州海岸电台现有播发能力，仅需要对信号的调制解调过程加以干预，就能进行NAVDAT的试播发。3.2NAVDAT系统架构

NAVDAT系统主要由信息及管理系统SIM（System of Information and Management）、岸台网络、岸台发射机、传输通道、船台接收五部分构成。

下图为NAVDAT的详细的系统架构图1。

在SIM模块中，岸台在收到各个数据源（气象局，海洋局，VTS，RCC等）信息后，通过文件复用器进行数据处理，主要是优先级和时间有效性的设置，对于需要加密服务的消息的加密，消息向岸基网络的传输等。文件复用管理和岸基发射管理主要通过特定的人机交互接口完成。

岸台网络可以是高速连接、低速的数据连接或者文件共享系统。

在岸基发射系统中，控制器主要用于检查发射前频带是否空闲，通过同步时钟同步岸台信号，控制发射参数、时间和发射计划，排版消息文件（分割成包）。

作为整个系统中重点的调制解调技术，调制器主要有3种输入信息流：调制信息流（MIS）、发射信息流（TIS）、数据流。MIS主要用来提供频谱占有信息以及发射信息流和数据流的调制模式（4、16或者64 QAM）。为了在接收端有良好的解调，MIS流通常也在4-QAM子载体上编码。TIS主要是接收端的信息，比如数据流的错误编码（由于中频波白天主要通过地波传输，晚上通过地波+电波的方式传播，这个值会不同），发射机ID，时间和日期等。TIS流可以在4或者16-QAM上编码。数据流主要包括需要传输的消息文件。

在船端接收系统中，接收天线可以是磁场天线或者电场天线。射频前端包括射频滤波、射频放大和基带输出，对于射频前端，高敏感性和高动态范围是必须的。接收系统中的解调模块对基带OFDM信号进行解调，重构包含发射信息文件的数据流。它提供时间/频率同步，信道判断，自动调制恢复，纠错等功能。文件解复用器接收来自控制器的文件，审核消息文件是否正确，如有需要解密消息文件，使消息文件对终端应用可用，删除过期文件等。消息文件应存储在船台服务器中，并通过特定人机交互接口和其他终端应用交互。

在OFDM生成阶段可以采用硬件设备，也可以采用软件无线电方式，在服务器或者发射器前端实现报文的调制。同样在接收机端，也可以通过软件解调接收信号。这里介绍软件调制解调的过程，如下图2所示。

用软件方式实现消息、报文、图以及岸台发射机信息等数据的OFDM信号调制，可以通过以下3个步骤：

1）将待发射数据编码转换为二进制码元，再对比特流进行16-QAM映射；

2）之后根据得到的幅度、相位值生成150路子载波。为保证OFDM信号的正交性，相邻子载波频率偏移41.66Hz，然后生成OFDM波形；

3）进行保护间隔、峰均比抑制等保护处理后保存为WAV文件。

在接收端还原具体信息，有以下2个步骤：

①接收WAV音频文件，根据OFDM导频信号锁定OFDM音频信号；根据OFDM解调原理，将音频波形解调为二进制码元；

②对二进制码元进行转换，根据固定子载波中的信息生成报文、图文件、调制信息以及台站发射机标识信息等。

图1　 NAVDAT系统架构图

图2　 NAVDAT调制解调流程图

4.试验目标

NAVDAT系统是GMDSS现代化和e航海中的关键系统，NAVDAT系统是海事信息播发上的一次数字化革命，将增强海事信息服务能力。GMDSS现代化尚处于论证和设计阶段，我国海岸电台应抓住这一机会，加快技术研究和系统研制，并尽快进行实验和测试验证，形成符合国际标准框架的NAVDAT信息播发和接收的国内技术标准，增强我国在GMDSS现代化中的地位，亦符合我国海洋强国战略目标的要求。

5.总结

本文对NAVDAT的应用技术进行了分析和建议，对海岸电台进行GMDSS现代化改造建设提供些许的参考。

[1]ITU.ITU-R M.2010 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[S]. Geneva:Electronic Publication,2012: 2-8.

[2]崔昆涛,孙文强,夏国忠.NAVDAT对GMDSS海上安全信息业务现代化的增强作用[J].中国水运:下半月,2015(2):52-53.

[3]高旭.水上通信业务中软件调制解调技术的研究[D].大连海事大学.2015.