对海上数字广播系统（NAVDAT）技术的研究
王翔 徐照荣
摘要：海上数字广播系统（NAVDAT）在500千赫频带岸-船海上安全和保障信息播发的导航数据系统技术思路，在传统的NAVTEX仅仅能播发一般信息，而海上数字广播系统（NAVDAT）可以按照需求的不同发送各种文字和数据信息。通过OFDM模式进行调制，在诸多方面能进行应用层的开发，此系统对文字、图形等方面有诸多公益与商业的应用价值。
关键词：海上数字广播系统 NAVDAT 技术 OFDM 网络架构
0 前言
人民网在2016年1月7日发布：由交通运输部东海航海保障中心设计研发的海上安全信息数字广播系统（NAVDAT）2016年1月1日在上海试运行，测试数据传输速率达到每秒传输18kb，近海覆盖范围超过250海里，标志着我国沿海船岸通信技术取得重大突破。
NAVDAT是新一代数字化海上安全信息播发系统，其数据传输速率达到每秒传输15～25kb，近海覆盖范围达到400海里，可以高速传输文本、图片、图表、影像及电子海图更新包等多种格式文件，能够满足沿海安全信息不断增长的数据量要求。
现有的沿海航行警告系统（NAVTEX）数据传输速率仅有每秒50b，数据传送格式单一，难以满足现代船舶海上安全的需求，而此次实测NAVDAT传输速率是NAVTEX的360倍，并且支持航行警告、气象水文信息、搜救信息、港口和引航业务、船舶交通信息、海事安全和保安、电子海图数据等播发业务，大大提高海上安全信息的播发能力。
海上数字广播系统（NAVDAT）是全球海上遇险与安全系统（GMDSS）现代化和电子航海中的关键系统，该项目属于国内首创并逐步接轨国外技术水平，填补了我国在海上安全信息播发领域的空白。
1海上数字广播系统（NAVDAT）的国际研究现状
COMSAR第16次会议上，比利时、法国、德国和罗马尼亚共同提出了《在500kHz上（海上安全数字广播系统）播发航海安全和保密信息的数字系统》的提案（COMSAR 16/4/3）。在NAV58会议上，保加利亚、法国和罗马尼亚共同提出了《Digital system for broadcasting maritime safety - and security - related information in the 495-505 kHz band （海上安全数字广播系统）》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节）将海上安全数字广播系统列为GMDSS现代化可能的应用的设备、系统和技术之一。法国自从2008年开始研发海上安全数字广播系统系统，在波罗的海进行了测试，验证技术的可行性。
2010年，ITU-R根据部分欧洲国家前期研究成果，发布了关于利用495kHz～505kHz频段实施岸至船安全信息数字广播的研究报告；提出了利用现有水上移动业务的中频频段部分设备，开展水上安全信息数字播发的方案，包括可能的网络结构、消息种类、编解码方式、调制方式以及与现有NAVTEX播发系统在软件和硬件兼容性方面的考虑等内容。
2012年，世界无线电通信大会最终通过对现行国际《无线电规则》的修订，将495kHz～505kHz频段再次划分为水上移动业务专用。同年，ITU-R正式颁布新的技术建议书《在500kHz频段实施岸至船安全信息广播的数字系统“导航数据”（Navigational Data，简称海上安全数字广播系统A）的技术特性》。
2 海上数字广播系统（NAVDAT）国内的研究现状
2015年，交通运输部东海航海保障中心通过“水上安全信息数字广播系统（NAVDAT）应用示范”的研究，在东海海域建立区域性NAVDAT试验播发站，进行了播发试验验证，建立了信号接收监视站，在部分船舶安装NAVDAT接收和显示设备。播发站位于上海海岸电台周浦发信台，信号接收监视站分别位于嵊泗县花鸟山灯塔、舟山大鹏山灯塔和上海漕河泾等地，其中花鸟山灯塔距离播发台100公里左右，如图2-1所示。
试验主要内容为不同的调制模式和编码方式的组合下，接收的信号强度、信噪比、数据帧传输成功率、文件传输成功率等内容。通过多地、长期的试验测试，记录了大量的无线电传输数据，为研究NAVDAT传输特性奠定了基础。2016年11月花鸟岛测试统计情况如图2-2所示，调制模式和编码方式的组合包括了OFDM 64QAM 3/4纠错编码、64QAM 1/2纠错编码、16QAM 3/4纠错编码、16QAM 1/2纠错编码、4QAM 3/4纠错编码和4QAM 1/2纠错编码等。
试验测试发现，由于NAVDAT采用中波无线电波传输，信道存在变化特点，例如：信道白天和夜晚不同，因为白天以表面波传播为主，夜晚以表面波加天波传播为主，会对接收的成功率造成不同的影响。
在通过实验和验证过程中，使用S-57格式进行数据更新，S-57电子海图可以通过海上数字广播系统（NAVDAT）进行播发和接收电子海图更新包，如图2-3所示（试验示意图）。
按照系统研究计划，2017年将在船舶（无人船、人工智能船、公务船、渔船和商船）进行测试，并存储各项数据，为未来统计分析和决策提供有效的长期、真实、可靠的数据进行积累和分析。
在海上数字广播系统（NAVDAT）的研发和研制过程中，后期还需ITU協调具体频率的使用、国内频率主管机关进行具体审批和协调；IMO对有关GMDSS系统相关船用设备及安全信息播发的具体修改建议；国内行政主管机关的协调与支持、航海类厂商的参与建设、维护、培训以及后期应用层开发等等相关事宜需要协调、推进。
3 展望
经过2014年东海航海保障中心对海上数字广播系统（NAVDAT）的理论研究、2015年对NAVDAT系统的验证性实践、2016年对NAVDAT系统工程的研究建设和数据初步统计分析，为海上数字通信高速数字化的发展做好了理论基础和工程实践的验证工作。对未来从海上进行高速数字化通信提供了有力保障，为未来E航海、GMDSS现代化的建设与技术开发提供了有效的系统验证经验，对未来提高NAVTEX系统的播发速率和效能、电子海图更新等需要数字传输方式的通信信道的扩展打开了有效的道路。
参考文献：
[1] 孙宇彤.LTE教程原理与实现[M].北京：电子工业出版社，2014： 3-4.
[2] 赵北雁，谢伟良，孙震强，等. OFDM 在未来无线通信系统中的应用分析[J].中国无线电，2008（5）：35-39.
[3] 高峰，高泽华，丰雷，等.TD-LTE 技术标准与实践[M].北京：人民邮电出版社，2011：12-13.
[4] 陈良明，韩泽耀.OFDM第四代移动通信的主流技术[J].计算机技术与发展，2008，18（3）：184-187.
[5] 佟学俭，罗涛.OFDM移动通信技术原理与应用[M].北京人民邮电出版社，2003：31-33.
[6] 易睿得，赵治.LTE系统原理及应用[M].北京电子工业出版社，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.
摘要：海上数字广播系统（NAVDAT）在500千赫频带岸-船海上安全和保障信息播发的导航数据系统技术思路，在传统的NAVTEX仅仅能播发一般信息，而海上数字广播系统（NAVDAT）可以按照需求的不同发送各种文字和数据信息。通过OFDM模式进行调制，在诸多方面能进行应用层的开发，此系统对文字、图形等方面有诸多公益与商业的应用价值。
关键词：海上数字广播系统 NAVDAT 技术 OFDM 网络架构
0 前言
人民网在2016年1月7日发布：由交通运输部东海航海保障中心设计研发的海上安全信息数字广播系统（NAVDAT）2016年1月1日在上海试运行，测试数据传输速率达到每秒传输18kb，近海覆盖范围超过250海里，标志着我国沿海船岸通信技术取得重大突破。
NAVDAT是新一代数字化海上安全信息播发系统，其数据传输速率达到每秒传输15～25kb，近海覆盖范围达到400海里，可以高速传输文本、图片、图表、影像及电子海图更新包等多种格式文件，能够满足沿海安全信息不断增长的数据量要求。
现有的沿海航行警告系统（NAVTEX）数据传输速率仅有每秒50b，数据传送格式单一，难以满足现代船舶海上安全的需求，而此次实测NAVDAT传输速率是NAVTEX的360倍，并且支持航行警告、气象水文信息、搜救信息、港口和引航业务、船舶交通信息、海事安全和保安、电子海图数据等播发业务，大大提高海上安全信息的播发能力。
海上数字广播系统（NAVDAT）是全球海上遇险与安全系统（GMDSS）现代化和电子航海中的关键系统，该项目属于国内首创并逐步接轨国外技术水平，填补了我国在海上安全信息播发领域的空白。
1海上数字广播系统（NAVDAT）的国际研究现状
COMSAR第16次会议上，比利时、法国、德国和罗马尼亚共同提出了《在500kHz上（海上安全数字广播系统）播发航海安全和保密信息的数字系统》的提案（COMSAR 16/4/3）。在NAV58会议上，保加利亚、法国和罗马尼亚共同提出了《Digital system for broadcasting maritime safety - and security - related information in the 495-505 kHz band （海上安全数字广播系统）》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节）将海上安全数字广播系统列为GMDSS现代化可能的应用的设备、系统和技术之一。法国自从2008年开始研发海上安全数字广播系统系统，在波罗的海进行了测试，验证技术的可行性。
2010年，ITU-R根据部分欧洲国家前期研究成果，发布了关于利用495kHz～505kHz频段实施岸至船安全信息数字广播的研究报告；提出了利用现有水上移动业务的中频频段部分设备，开展水上安全信息数字播发的方案，包括可能的网络结构、消息种类、编解码方式、调制方式以及与现有NAVTEX播发系统在软件和硬件兼容性方面的考虑等内容。
2012年，世界无线电通信大会最终通过对现行国际《无线电规则》的修订，将495kHz～505kHz频段再次划分为水上移动业务专用。同年，ITU-R正式颁布新的技术建议书《在500kHz频段实施岸至船安全信息广播的数字系统“导航数据”（Navigational Data，简称海上安全数字广播系统A）的技术特性》。
2 海上数字广播系统（NAVDAT）国内的研究现状
2015年，交通运输部东海航海保障中心通过“水上安全信息数字广播系统（NAVDAT）应用示范”的研究，在东海海域建立区域性NAVDAT试验播发站，进行了播发试验验证，建立了信号接收监视站，在部分船舶安装NAVDAT接收和显示设备。播发站位于上海海岸电台周浦发信台，信号接收监视站分别位于嵊泗县花鸟山灯塔、舟山大鹏山灯塔和上海漕河泾等地，其中花鸟山灯塔距离播发台100公里左右，如图2-1所示。
试验主要内容为不同的调制模式和编码方式的组合下，接收的信号强度、信噪比、数据帧传输成功率、文件传输成功率等内容。通过多地、长期的试验测试，记录了大量的无线电传输数据，为研究NAVDAT传输特性奠定了基础。2016年11月花鸟岛测试统计情况如图2-2所示，调制模式和编码方式的组合包括了OFDM 64QAM 3/4纠错编码、64QAM 1/2纠错编码、16QAM 3/4纠错编码、16QAM 1/2纠错编码、4QAM 3/4纠错编码和4QAM 1/2纠错编码等。
试验测试发现，由于NAVDAT采用中波无线电波传输，信道存在变化特点，例如：信道白天和夜晚不同，因为白天以表面波传播为主，夜晚以表面波加天波传播为主，会对接收的成功率造成不同的影响。
在通过实验和验证过程中，使用S-57格式进行数据更新，S-57电子海图可以通过海上数字广播系统（NAVDAT）进行播发和接收电子海图更新包，如图2-3所示（试验示意图）。
按照系统研究计划，2017年将在船舶（无人船、人工智能船、公务船、渔船和商船）进行测试，并存储各项数据，为未来统计分析和决策提供有效的长期、真实、可靠的数据进行积累和分析。
在海上数字广播系统（NAVDAT）的研发和研制过程中，后期还需ITU協调具体频率的使用、国内频率主管机关进行具体审批和协调；IMO对有关GMDSS系统相关船用设备及安全信息播发的具体修改建议；国内行政主管机关的协调与支持、航海类厂商的参与建设、维护、培训以及后期应用层开发等等相关事宜需要协调、推进。
3 展望
经过2014年东海航海保障中心对海上数字广播系统（NAVDAT）的理论研究、2015年对NAVDAT系统的验证性实践、2016年对NAVDAT系统工程的研究建设和数据初步统计分析，为海上数字通信高速数字化的发展做好了理论基础和工程实践的验证工作。对未来从海上进行高速数字化通信提供了有力保障，为未来E航海、GMDSS现代化的建设与技术开发提供了有效的系统验证经验，对未来提高NAVTEX系统的播发速率和效能、电子海图更新等需要数字传输方式的通信信道的扩展打开了有效的道路。
参考文献：
[1] 孙宇彤.LTE教程原理与实现[M].北京：电子工业出版社，2014： 3-4.
[2] 赵北雁，谢伟良，孙震强，等. OFDM 在未来无线通信系统中的应用分析[J].中国无线电，2008（5）：35-39.
[3] 高峰，高泽华，丰雷，等.TD-LTE 技术标准与实践[M].北京：人民邮电出版社，2011：12-13.
[4] 陈良明，韩泽耀.OFDM第四代移动通信的主流技术[J].计算机技术与发展，2008，18（3）：184-187.
[5] 佟学俭，罗涛.OFDM移动通信技术原理与应用[M].北京人民邮电出版社，2003：31-33.
[6] 易睿得，赵治.LTE系统原理及应用[M].北京电子工业出版社，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.
