軟件無線電播發系統設計研究

閆慶昌

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

我國航海保障中心轄區范圍廣闊，其中不乏重要的國際海上運輸通道，為加強周邊海域水上安全信息播發的覆蓋效果，有效履行中心航海保障職責，需要逐步推進周邊海域安全信息播發系統建設。在播發天線場地的有限空間內盡可能部署較多的天線，充分發揮播發臺站的功能。隨著科學技術的發展，目前船舶在航海中有多種多樣的手段來接收安全信息，軟件無線電播發系統能夠通過各種有效途徑向船舶提供氣象警告等其他與航行有關的緊急信息[1]。

1 軟件無線電播發系統的作用與特點

海上 安全 信息（Maritime Safety Information，MSI）指航行警告、氣象報告、氣象預報以及有關航行安全的其他緊急安全信息。為了保證航行安全，國際海事組織意識到及時向船舶提供MSI非常重要，為此在全球海上遇險與安全系統（Global Maritime Distress and Safety System，GMDSS）中專門建立了MSI播發分系統，通過岸上設施向航行在海上的船舶播發MSI。將有關方面提供的船舶航行安全信息匯集起來，通過各種有效途徑向航行于世界各有關海域的船舶進行播發，確保航行安全[2]。

軟件無線電播發系統是海上安全信息播發的主要手段，能夠每日定時播發航行警告、氣象預報及其他緊急的海上安全信息，凡裝有軟件無線電播發接收機的船舶可自動接收播發信息。根據國際海事組織的規定，凡從事國際航行的300總噸及以上的貨輪與所有客輪，均須配備航行警告電傳（Navigation Telex，NAVTEX）接收機。海上安全信息分為3種，分別是航行警告、氣象信息、搜救信息。在國際航道組織無線電航行警告發布委員會的指導下，根據全球航行警告業務指南有關電文標準、組織及程序提供航行警告，根據氣象組織的技術規則及建議提供氣象信息，由搜救責任部門提供搜救信息[3,4]。

2 軟件無線電播發系統設計

2.1 總體設計結構

軟件無線電播發系統主要承擔全球航行警告業務中的沿海警告業務和海上氣象業務，航行警告的內容主要包括主航道上航標損壞、危及航行的沉船、助航設施的重要改變、導航設施嚴重故障、航道中的灘險以及其他有礙航行安全的活動[5]。無線電播發安全信息由中控臺通過傳輸線路發送至播發臺，后經配線架送至各個發射機。發射機通過室內饋線電纜連接同軸避雷器，同時經過室內饋線電纜分別接至發信天線[6]。軟件無線電播發系統組成如圖1所示。

圖1 系統組成

2.2 系統原理

系統核心控制設備是無線播發控制器，主要由高性能通用服務器加載新研制的軟件構成。軟件無線電播發系統操作終端通過IP網絡與播發控制器互聯，操作人員只需在終端打開瀏覽器輸入相應的地址，進行用戶身份審核后登錄，即可進行業務操作。用戶在軟件無線播發操作終端上輸入廣播報文后，由播發控制器上的信息播發軟件進行處理，區分中文、字母以及數字后分別進行編碼輸出，按照通信協議加入報頭和報尾信息發送給信息處理軟件。信息處理軟件按照軟件無線播發標準規范進行4B/3Y報文編碼，將生成指定格式的序列進行頻移鍵控（Frequency-Shift Keying，FSK）波形調制，計算生成FSK波形樣值數據。利用IP方式將FSK波形樣值數據傳送至網絡化發信機，經接口適配及數字/模擬（Digital/Analog，D/A）轉化后上變頻至指定頻率發送[7]。部署在發信臺的軟件無線播發接收機解調并解析接收報文，通過接口適配后經IP網絡傳送給信息播發軟件顯示，供用戶對比分析。軟件無線電播發系統原理如圖2所示。

圖2 系統原理

軟件無線電播發系統配置發信設備、接口適配模塊、發信天線、網絡傳輸設備及軟件無線播發接收機等，遠程操控中控臺，依托“陸-島”通信鏈路建立中控臺與軟件無線播發臺的信息傳輸通道，通過中控臺對設備及軟件無線播發業務進行統一控制管理。在發信設備端配置軟件無線播發接收機，將接收報文回傳至中控臺，通過比對接收報文與播發報文數據，分析統計收發誤碼情況，及時發現發信通道問題[8]。

2.3 系統硬件設計

系統硬件模塊主要指發射機接口適配模塊，該模塊能夠實現發射機業務音頻接口與以太網接口的適配，通過軟交換實現播發控制器與發信機的業務通信，為系統提供網絡化的發信資源，滿足發信機的網絡化調用、管理需求，支持高頻（High Frequency，HF）發信機和中頻（Middle Frequency，MF）發射機。發射機接口適配模塊主要由9路發信機業務音頻接口、控制單元、接口單元、指示單元、電源單元以及電源濾波器等組成，可以實現9路發信機的業務音頻接口適配業務。軟件無線電播發系統硬件構成如圖3所示。

圖3 系統硬件構成

發射機接口適配模塊由接口板、控制板、指示板以及電源單元組成。其中，接口板完成各路音頻信號的D/A轉換與調整工作；控制板從網絡系統接收數據分發服務（Data Distribution Service，DDS）協議包，并將音頻流等數據發送至接口板進行D/A轉換；指示板完成各路發射機連接狀態和工作狀態的指示功能；電源單元為其他各單元板供電[9]。

2.4 系統軟件設計

信息播發軟件采用J2EE技術架構，整合了SprinMVC4.0、Spring4.0和Hibernate4.0這3大最新軟件框架，構建了安全高效的開發模式。依據信息處理軟件系統功能需求，軟件劃分為5個功能相對獨立的模塊，分別是DDS數據處理、數據緩沖、編碼轉換、信號調制以及軟件維護。軟件無線電播發系統的軟件構成如圖4所示。

圖4 系統軟件構成

DDS數據處理模塊定義了以數據為中心的發布/訂閱機制，并提供了與平臺無關的數據模型。DDS數據處理架構是1種分布式架構，以主題進行區分，通過數據庫連接提供分布式數據服務。廣播業務模塊包含報文編輯、報文編碼、報文播發、數據管理、報文統計以及報文打印等功能模塊。發射機遠程控制功能主要包括預置信道和發射方式、輸出功率檔次選擇、單項監視申請、狀態數據請求以及維護管理等。通過比對發射碼流與接收機接收的碼流，研判系統整體工作狀態。按照系統設備連接形成圖形化的網絡拓撲結構，對系統各組成部分狀態進行監測。通過設備拓撲圖，用戶可以查看系統內各組成部分的工作狀態、運行狀態、任務狀態。信息播發軟件遠程獲取發射機的工作狀態并呈現在界面上，便于用戶查看[10]。

2.5 軟件接口設計

信息播發軟件對外提供業務處理接口、發射機接口適配模塊接口、發射機接口、天線交換柜接口、接收機接口以及數據庫接口，其接口關系如圖5所示。

圖5 信息播發軟件接口關系

信息播發軟件與信息處理器軟件之間采用業務處理接口，信息播發軟件通過DDS將設備控制指令或廣播報文信息發送給信息處理軟件。信息播發軟件與數據庫對接，實現綜合業務系統中各類數據的處理和保存，提供數據信息查詢、記錄與操作等功能，主要包括用戶信息、發射機參數配置信息、廣播業務記錄、操作記錄以及設備狀態信息等。信息播發軟件與發射機之間采用發射機控制協議開展業務，信息播發軟件遠程進行發射機參數配置，并查詢發射機狀態。

3 結 論

基于軟件無線電播發系統的研制可以自主發布我國周邊海域的航行安全信息，對保障復雜國際形勢下的船舶航行安全具有重要作用。通過軟件無線電播發系統及時獲取權威部門發布的航行警告、氣象預報等海上安全信息，實現氣象災害早發現、早預警，有效保障航行安全。