淺析GMDSS現代化與水上無線電數字通信技術

◎ 熊娥 廣州通信中心

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淺析GMDSS現代化與水上無線電數字通信技術

◎ 熊娥 廣州通信中心

摘 要：本文介紹了GMDSS的基本情況，闡述了GMDSS復審和現代化的相關進展，分析了GMDSS現代化背景下NAVDAT、高頻數字通信和VDES等最新水上數字無線電通信技術，并對未來發展動態進行了展望。

關鍵詞：GMDSS現代化 數字通信 NAVDAT 高頻數字通信 VDES

1.全球海上遇險與安全系統（GMDSS）

GMDSS由衛星通信系統和地面無線電通信系統組成。它主要包括遇險報警與值守、搜救協調通信與救助現場通信、定位、海上安全信息播發、常規公眾業務通信及駕駛臺與駕駛臺間互通信等功能。作為SOLAS公約締約國，我國自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總噸以上的貨船應按要求強制配備GMDSS設備，中國船級社也對20米以上非公約尺度船舶配備GMDSS設備也做了相應強制性規定。海岸電臺作為水上安全監管和搜尋救助的重要環節，代表國家承擔了水上無線電通信系統中部分MF/HF/VHF通信工作，具體包括公益性的遇險安全值守及后續通信、常規公眾業務通信及海上安全信息播發等業務。

2.GMDSS復審與現代化進展

隨著近些年來通信和信息網絡技術的迅猛發展，國際海事組織（IMO）和國際電信聯盟（ITU）積極推進水上遇險及安全通信領域新技術、政策和頻譜需求研究，以滿足航運界的日益增長的通信信息服務需求。

2.1IMO相關工作進展

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

該項目分為高級復審和詳細復審兩個階段，其中2012至2014年開展高級復審，高級復審包括：（1）對GMDSS已有九項功能進行復審；（2）對正在使用無線電通信優先等級順序進行復審；（3）對海區劃分及設備配備需求進行復審；（4）對船舶類別差異性要求的審查；（5）對遇險通信和其他類型的通信分離審查等5個方面內容。目前GMDSS高級復審已基本完成，高級復審報告在2015年導航、通信與搜救（NCSR）分委會第1次會議上已獲得通過。

在高級復審基礎上，2015至2017年計劃進行詳細復審，詳細復審包括：（1）GMDSS功能要求變化而帶來的要求及解決建議；（2）GMDSS遇險報警傳輸途徑與岸-岸通信；（3）用甚高頻（VHF）+衛星替代中頻（MF）/高頻（HF）和數字選擇性呼叫（DSC）設備；（4）窄帶印制電報（NBDP）在GMDSS中的作用；（5）中高頻誤報警跟蹤調查機制；（6）結合IMO對e航海研究，以及ITU對無線電頻譜的研究，考慮未來水上甚高頻數據交換系統（VDES）的引入等15個方面內容。

2.2 ITU相關工作進展

由于國際水上無線電通信技術主要由ITU無線電通信組（ITU-R）主導，NCSR分委會就GMDSS復審和現代化工作與ITU-R保持了密切聯系。ITU在2012年世界無線電通信大會上通過了與GMDSS復審與現代化工作密切相關的兩項重要議題

（1）359號決議審議頻譜劃分規則以支持IMO的GMDSS現代化和e航海戰略；

（2）360號決議審議有助于引入可能的新的通信技術應用和新應用方面的規則條款并考慮調整相應的頻譜劃分，以改善水上無線電通信質量。該決議建議在ITU-R研究結果基礎上修訂了國際《無線電規則》以引入更多水上無線電通信應用。

3.GMDSS現代化背景下水上數字無線電通信技術

通過對IMO和ITU最新會議文件研究，筆者認為為滿足船舶從泊位到泊位間航行的通信信息服務需求，GMDSS復審及現代化必然將推動傳統水上無線電通信向著數字化，高帶寬，全覆蓋等方向不斷發展，進而形成新一代的水上無線電數字通信網。下面對ITU-R推薦的GMDSS現代化部分關鍵通信技術進行簡要探討。

3.1水上中頻安全信息數字廣播系統（NAVDAT）

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

NAVDAT采用10kHz帶寬發射，通過正交頻分復用數字調制技術，在16-QAM調制模式下，NAVDAT理論數據傳輸速率可達25kbps?？紤]糾錯編碼率后實際傳輸速率約為18kbps，是現有航行警告電傳系統（NAVTEX）5 0 b p s的3 6 0倍，可有效解決當前NAVTEX系統因速率低導致的業務過載和及時性等不足。NAVDAT可播發包括文本、圖像、音頻、數據集等多種數據格式。實現對航行警告、氣象警告、搜救信息、海盜警告、遇險等優先信息，氣象預報、波浪潮流信息、VTS交通信息、引航信息、航標信息、AIS報告等航行信息及電子海圖更新、港口信息和交通狀態圖等來自安全和可控的信息源的所有相關信息的廣泛播發，有效播發范圍約300海里，可實現對A1，A2海區覆蓋。

技術上，由于集成了船舶位置和水上移動識別碼（MMSI），NAVDAT支持一般性廣播、區域性廣播和選擇性廣播等多種播發方式，并在需要時可實現對授權用戶的加密廣播。此外，NAVDAT采用與NAVTEX類似的時隙分配方式，可重用現有的NAVTEX系統基礎設施，并支持通過數字接口擴展，對GMDSS現代化的新通信應用及信息服務提供了良好的開放性。

東海航海保障中心于2013年起開展NAVDAT試驗系統研究工作，并完成了電子海圖遠程更新傳輸試驗。東海航海保障中心已于2016年1月1日起在上海提供NAVDAT試運行服務；目前系統數據傳輸速率約18kbps，并基本實現對A1，A2海區覆蓋。

3.2水上高頻數字化數據交換及電子郵件系統

根據ITU-R M.1798-1技術建議方案，水上高頻數字通信采用自適應通信技術，能自動評價各信道通信質量并根據信道通信質量來選擇最佳工作信道，經由高頻海岸電臺可實現與互聯網互通。它共推薦了三套技術方案。

（1）使用數字信號處理（DSP）技術和正交頻分多路傳輸的調制解調協議，可有效解決頻率選擇，頻譜使用等問題。該類高頻數字通信設備使用32個載波，4相位波形，中心頻率1700Hz。因為單一分載波帶寬小，能容忍中等衰減；故多載波方法可評估到衰退信道而不需要補償器，使得多載波的通信能夠簡單進行，設備缺點主要是是對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（Global Link Network）基于Pactor-Ⅲ協議，使用18個子載波，物理層原碼基本速率為3600bps，頻道帶寬為3kHz雙工信道。

（3）寬帶高頻數字傳輸系統基于船舶通信互聯網協議系統（Internet Protocol for Boat Communications），采用OFDM+xQAM或OFDM+QPSK調制方式，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，可實現數千公里遠程通信，故在通信領域得到了廣泛應用，是海岸電臺遠距離通信保障的有效手段。南海航海保障中心2014進行了長達2000公里的高頻組網通信測試，完成了與移動電話的數字化語音、文本短信的高頻數字通信。

3.3VDES

根據ITU-R M.1842-1技術建議方案，VDES系統集成了自動識別系統（AIS）、特殊應用報文（ASM）和寬帶甚高頻數據交換（VDE）三項功能，不僅能實現船-船、船-岸間的數據交換，還為未來實現衛星與船舶的遠程雙向數字通信預留了空間。

該系統的優點是在保障AIS已有功能應用基礎上，通過ASM和VDE全面強化船舶通信的數據傳輸能力。具體來說VDES為不同內容及格式的信息劃分了專用頻譜：與航行安全密切相關的船舶位置和航行狀態信息仍保留在AIS專用信道下，以減輕該信道負擔，并保證其不被占用；與導航無關的水文氣象等非安全信息由ASM承載，并為其配置兩個25kHz信道；而對于其他內容更豐富、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-岸的數字通信速度。

對航海者來說，VDES系統對船舶位置報告和安全性相關信息給予最高優先級，開辟專用頻段保障信息傳輸，其次是使用更靈活，航海者可根據需要主動向其他船舶、港口推送或定制信息，最后是依托信道調整使得信息傳輸速度極大提升，VDES系統的理論傳輸速率可達到307kbps。

4.結束語

綜上，GMDSS現代化進程中迅猛發展的水上無線電數字通信技術可以對船-船，船-岸提供數字化，高帶寬，全覆蓋的通信服務，實現文本、圖像、音頻、數據包等多種數據格式航運信息服務的播發，并可提供數字接口，實現與船舶信息系統的無縫連接，進而提供分類、區域性和定制化、自動化的信息服務。

近年來，國內外已推出同時支持模擬通信和數字通信的設備，相信隨著GMDSS現代化進程的深入和水上無線電數字通信技術的進一步發展，海岸電臺將逐步實現設備管理的信息化、業務自動化和智能化和通信質量評估的科學化，滿足航運界在大數據時代對通信信息服務日益增長的需求。

參考文獻：

［1］劉鋒，安琳，趙俊等.GMDSS現代化和E航海背景下的海岸電臺發展與應對［J］.2015（3）：79-80.

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［3］ITU-R M.1798-1［M］.2010（4）.

［4］ITU-R M.1842-1［M］.2009（6）.

［5］交通運輸部海事局.中國海事航海保障“十三五發展規劃”通信專項規劃（征求意見稿）［R］.2016.