軟件無線電播發(fā)系統(tǒng)設(shè)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(qū)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(fā)的覆蓋效果，有效履行中心航海保障職責(zé)，需要逐步推進周邊海域安全信息播發(fā)系統(tǒng)建設(shè)。在播發(fā)天線場地的有限空間內(nèi)盡可能部署較多的天線，充分發(fā)揮播發(fā)臺站的功能。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)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(fā)系統(tǒng)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(guān)的緊急信息[1]。

1 軟件無線電播發(fā)系統(tǒng)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(yù)報以及有關(guān)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(tǒng)（Global Maritime Distress and Safety System，GMDSS）中專門建立了MSI播發(fā)分系統(tǒng)，通過岸上設(shè)施向航行在海上的船舶播發(fā)MSI。將有關(guān)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(guān)海域的船舶進行播發(fā)，確保航行安全[2]。

軟件無線電播發(fā)系統(tǒng)是海上安全信息播發(fā)的主要手段，能夠每日定時播發(fā)航行警告、氣象預(yù)報及其他緊急的海上安全信息，凡裝有軟件無線電播發(fā)接收機的船舶可自動接收播發(fā)信息。根據(jù)國際海事組織的規(guī)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(fā)布委員會的指導(dǎo)下，根據(jù)全球航行警告業(yè)務(wù)指南有關(guān)電文標(biāo)準(zhǔn)、組織及程序提供航行警告，根據(jù)氣象組織的技術(shù)規(guī)則及建議提供氣象信息，由搜救責(zé)任部門提供搜救信息[3,4]。

2 軟件無線電播發(fā)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 總體設(shè)計結(jié)構(gòu)

軟件無線電播發(fā)系統(tǒng)主要承擔(dān)全球航行警告業(yè)務(wù)中的沿海警告業(yè)務(wù)和海上氣象業(yè)務(wù)，航行警告的內(nèi)容主要包括主航道上航標(biāo)損壞、危及航行的沉船、助航設(shè)施的重要改變、導(dǎo)航設(shè)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(fā)安全信息由中控臺通過傳輸線路發(fā)送至播發(fā)臺，后經(jīng)配線架送至各個發(fā)射機。發(fā)射機通過室內(nèi)饋線電纜連接同軸避雷器，同時經(jīng)過室內(nèi)饋線電纜分別接至發(fā)信天線[6]。軟件無線電播發(fā)系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成

2.2 系統(tǒng)原理

系統(tǒng)核心控制設(shè)備是無線播發(fā)控制器，主要由高性能通用服務(wù)器加載新研制的軟件構(gòu)成。軟件無線電播發(fā)系統(tǒng)操作終端通過IP網(wǎng)絡(luò)與播發(fā)控制器互聯(lián)，操作人員只需在終端打開瀏覽器輸入相應(yīng)的地址，進行用戶身份審核后登錄，即可進行業(yè)務(wù)操作。用戶在軟件無線播發(fā)操作終端上輸入廣播報文后，由播發(fā)控制器上的信息播發(fā)軟件進行處理，區(qū)分中文、字母以及數(shù)字后分別進行編碼輸出，按照通信協(xié)議加入報頭和報尾信息發(fā)送給信息處理軟件。信息處理軟件按照軟件無線播發(fā)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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，F(xiàn)SK）波形調(diào)制，計算生成FSK波形樣值數(shù)據(jù)。利用IP方式將FSK波形樣值數(shù)據(jù)傳送至網(wǎng)絡(luò)化發(fā)信機，經(jīng)接口適配及數(shù)字/模擬（Digital/Analog，D/A）轉(zhuǎn)化后上變頻至指定頻率發(fā)送[7]。部署在發(fā)信臺的軟件無線播發(fā)接收機解調(diào)并解析接收報文，通過接口適配后經(jīng)IP網(wǎng)絡(luò)傳送給信息播發(fā)軟件顯示，供用戶對比分析。軟件無線電播發(fā)系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)原理

軟件無線電播發(fā)系統(tǒng)配置發(fā)信設(shè)備、接口適配模塊、發(fā)信天線、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備及軟件無線播發(fā)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(fā)臺的信息傳輸通道，通過中控臺對設(shè)備及軟件無線播發(fā)業(yè)務(wù)進行統(tǒng)一控制管理。在發(fā)信設(shè)備端配置軟件無線播發(fā)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(fā)報文數(shù)據(jù)，分析統(tǒng)計收發(fā)誤碼情況，及時發(fā)現(xiàn)發(fā)信通道問題[8]。

2.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件模塊主要指發(fā)射機接口適配模塊，該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射機業(yè)務(wù)音頻接口與以太網(wǎng)接口的適配，通過軟交換實現(xiàn)播發(fā)控制器與發(fā)信機的業(yè)務(wù)通信，為系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)信資源，滿足發(fā)信機的網(wǎng)絡(luò)化調(diào)用、管理需求，支持高頻（High Frequency，HF）發(fā)信機和中頻（Middle Frequency，MF）發(fā)射機。發(fā)射機接口適配模塊主要由9路發(fā)信機業(yè)務(wù)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(xiàn)9路發(fā)信機的業(yè)務(wù)音頻接口適配業(yè)務(wù)。軟件無線電播發(fā)系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

發(fā)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(zhuǎn)換與調(diào)整工作；控制板從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（Data Distribution Service，DDS）協(xié)議包，并將音頻流等數(shù)據(jù)發(fā)送至接口板進行D/A轉(zhuǎn)換；指示板完成各路發(fā)射機連接狀態(tài)和工作狀態(tài)的指示功能；電源單元為其他各單元板供電[9]。

2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

信息播發(fā)軟件采用J2EE技術(shù)架構(gòu)，整合了SprinMVC4.0、Spring4.0和Hibernate4.0這3大最新軟件框架，構(gòu)建了安全高效的開發(fā)模式。依據(jù)信息處理軟件系統(tǒng)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(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)緩沖、編碼轉(zhuǎn)換、信號調(diào)制以及軟件維護。軟件無線電播發(fā)系統(tǒng)的軟件構(gòu)成如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件構(gòu)成

DDS數(shù)據(jù)處理模塊定義了以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱機制，并提供了與平臺無關(guān)的數(shù)據(jù)模型。DDS數(shù)據(jù)處理架構(gòu)是1種分布式架構(gòu)，以主題進行區(qū)分，通過數(shù)據(jù)庫連接提供分布式數(shù)據(jù)服務(wù)。廣播業(yè)務(wù)模塊包含報文編輯、報文編碼、報文播發(fā)、數(shù)據(jù)管理、報文統(tǒng)計以及報文打印等功能模塊。發(fā)射機遠程控制功能主要包括預(yù)置信道和發(fā)射方式、輸出功率檔次選擇、單項監(jiān)視申請、狀態(tài)數(shù)據(jù)請求以及維護管理等。通過比對發(fā)射碼流與接收機接收的碼流，研判系統(tǒng)整體工作狀態(tài)。按照系統(tǒng)設(shè)備連接形成圖形化的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)各組成部分狀態(tài)進行監(jiān)測。通過設(shè)備拓撲圖，用戶可以查看系統(tǒng)內(nèi)各組成部分的工作狀態(tài)、運行狀態(tài)、任務(wù)狀態(tài)。信息播發(fā)軟件遠程獲取發(fā)射機的工作狀態(tài)并呈現(xiàn)在界面上，便于用戶查看[10]。

2.5 軟件接口設(shè)計

信息播發(fā)軟件對外提供業(yè)務(wù)處理接口、發(fā)射機接口適配模塊接口、發(fā)射機接口、天線交換柜接口、接收機接口以及數(shù)據(jù)庫接口，其接口關(guān)系如圖5所示。

圖5 信息播發(fā)軟件接口關(guān)系

信息播發(fā)軟件與信息處理器軟件之間采用業(yè)務(wù)處理接口，信息播發(fā)軟件通過DDS將設(shè)備控制指令或廣播報文信息發(fā)送給信息處理軟件。信息播發(fā)軟件與數(shù)據(jù)庫對接，實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)的處理和保存，提供數(shù)據(jù)信息查詢、記錄與操作等功能，主要包括用戶信息、發(fā)射機參數(shù)配置信息、廣播業(yè)務(wù)記錄、操作記錄以及設(shè)備狀態(tài)信息等。信息播發(fā)軟件與發(fā)射機之間采用發(fā)射機控制協(xié)議開展業(yè)務(wù)，信息播發(fā)軟件遠程進行發(fā)射機參數(shù)配置，并查詢發(fā)射機狀態(tài)。

3 結(jié) 論

基于軟件無線電播發(fā)系統(tǒng)的研制可以自主發(fā)布我國周邊海域的航行安全信息，對保障復(fù)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(fā)系統(tǒng)及時獲取權(quán)威部門發(fā)布的航行警告、氣象預(yù)報等海上安全信息，實現(xiàn)氣象災(zāi)害早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警，有效保障航行安全。