浅议海上通信的需求及技术手段

张晓明

摘要：该文结合海运业的蓬勃发展，分析了海上通信业务的现实需求，探讨了发展海上通信业务亟须解决的问题，介绍了现在和未来海上通信业务的研究发展方向。

关键词：海上通信;北斗;海事卫星;AIS;电台

中图分类号：TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）26-0046-02

我国海岸线长1.8万千米，内海和领海的面积共约470多万平方千米。进入21世纪后，随着经济社会的飞速发展，海洋渔业、海上油气勘探、海上运输、船舶制造等行业都进入了一个高速发展期。随着海上业务的增加，走私、偷渡、盗采海砂等违法犯罪活动日益猖獗，打击海上违法犯罪活动、维护海上治安和安全保卫工作也日趋繁重，因此海上网络通信服务也应紧跟时代的步伐迅速发展，以满足海洋经济和执法工作不断增长的业务需要。

1 海上通信业务的需求

随着网络通信技术的高速发展，从有线到无线，从3G到4G再到现在的5G，城市中的人们几乎可以随时随地的享受到通信技术飞速发展所带来的生活和工作的便利，特别是国家近几年提速降费政策的推广，移动互联已经与我们每一个人密切相关，截至2020年3月，中国网民数已达9亿。然而，占地球表面面积70%的海洋，大部分区域却几乎无法接收到无线宽带网络信号，所以说在海洋上工作和生活的人，由于信息的闭塞仿若隔世。

（1）船舶导航需求

随着科技的进步，GPS+海图的导航方式将逐渐被时代所淘汰，导航服务将向智能化、多元化方向发展，未来智能化服务方式将彻底取代现有的传统导航服务模式，海上业务的使用者，也会希望各类通信方式能更加兼容、智能和简化，具有良好人机交互界面操作平台的系统，将会占去极大的市场份额。

（2）信息化管理需求

智能化的发展使得船舶操作、数据统计、航行定位等数据量激增，监控、多媒体娱乐、视频会议及调度控制等的常态化应用，相对应的带来了岸船无线数据流量的增加，同时5G时代的到来，高速度低成本也成为海上通信服务的基本要求。

（3）海事监管需求

目前，船舶安全检测仍主要通过登船抽检的方式来实现，用去了大量的时间和人力，不久的将来，智能一体化的充分应用将能实时检测船舶的油水补给、运行状态及排量等情况，通过无线宽带网络，数据回传到监管部门，此举将能极大提高监管保障效率。

（4）船员基本需求

目前，各大网络运营商的网络仅仅能覆盖到近海区域，到了远海手机基本接受不到任何信号。若通信网络能延伸覆盖到近海以外，舰船不仅可以随时通过网络与陆地保持联络，而且能满足船员闲暇时上网娱乐休闲需要，这对缓解海上枯燥、单调、潮湿的生活，有很大的积极作用。

2实现海上无线通信的难题

（1）在海上部署无线网络，首要问题是设计合理的网络架构。现在网络节点的布设，还是利用有线和无线相结合的方式进行。在近海，利用现有的灯塔、岛礁等固定位置部署网络节点是相对传统的方式，成本相對较低;但在远海，固定位置网络基站的维护和布设费用将会是一个天文数字，若没有技术层面的突破，这将会是未来很长一段时间的难题。

（2）海上湿度大，气候变幻莫测，高温、高湿、多风等复杂天气因素的影响，会使网络节点长期工作在一个远比陆地恶劣的环境中，因此设备材料的研发、频繁的维护检修、多功能备件的准备都将纳入架设远海网络节点的研究设计中。

（3）供电问题。为了有更好的通信质量，网络节点往往具备很大的功率，而海上很难实现有线电源供电，高效率太阳能电源的研发也将是网络节点向远海布置的一个重要阻碍。

（4）由于地域特性，海上没有高建筑遮挡，因此海上的无线网络和发射频率将不同于陆地，设计适用于海上的网络协议将会大大降低硬件成本。

3 海上可用的通信手段

（1）北斗卫星导航系统（简称北斗系统）是我国自主研发、独立运行的卫星导航系统，将逐步取代GPS导航系统，为全世界提供更高质量的定位服务。该系统通过空间轨道卫星、地面各类管理检测设施及终端应用系统三部分协同运转，提供定位、报文、搜救等功能，现已广泛应用于交通、渔业、气象、测绘、防火、搜救等领域。2020年 6月23日9时43分，我国比原计划提前半年，完成了北斗三号最后一颗全球组网卫星的发射升空任务。2020年7月31日上午，北斗三号全球卫星导航系统正式开通。2020年年底前，北斗二号系统还将发射1颗卫星，北斗三号系统还将发射11颗卫星，届时北斗系统的全球导航和区域短报文通信服务能力将得到进一步提升。在为“21世纪海上丝绸之路”提供更优质服务的同时，作为全球性公共资源，系统的多兼容性将会使全世界人民利用北斗在太空进行“群聊”成为可能。

（2）卫星通信。用于海上和陆地间通信的卫星也叫海事卫星，是现今应用最广泛、最实用的一种海上、航空领域的通信方式。海事卫星系统由卫星、地面站、协调站和船站组成，根据发射功率、抗干扰及雨衰等因素，又可以分为Ku、C和Ka等频段，分别担负了气象、电视、广播等业务。该系统在提供高速率数据服务的时候，可以实现真正的动中通（运动中通信），最新产品在高铁上都可以实现卫星观看视频、下载资料。系统还可以与公共电话网相联通，与开通了国际长途的手机进行通话，不过因为占用了卫星的带宽，语音通信业务的费用非常昂贵。海事卫星经过几十年的开发、运营和发展，作为成熟的全球商业卫星系统，早已成为海上通信的主流手段，同时补足了陆地常规通信的短板。在国家历次重大自然灾害和紧急突发事件的处置现场，随时都作为应急通信手段发挥着关键的作用。在史无前例的汶川地震灾害中，海事卫星成为受灾地区的主要通信手段，在抗震救灾的指挥联络、新闻报道等领域发挥了重要作用。

（3）无线电台是一种通过发送和接收无线电信号来实现通信的设备。无线电也可以称之为在空气和真空中传递的电磁波，德国人赫兹1887年发现电磁波后，意大利人马可尼在1895年就利用无线电成功完成了传递信号的实验。其实，卫星、手机通信、北斗定位、蓝牙等都是利用了空气和真空（也称自由空间）中的电磁波，通过各自不同的原理，实现了各种各样的功能，满足了人们生活工作的各种需要，但无线电台是使用时间最久、范围最广、受众群体最多、进入门槛最低和传输方式最有效的一种通信手段。理论上讲，任何一个无线电业余爱好者，只要有一台收发信机，就可以与其他具有收发信机的无线电业务爱好者取得联系。无线电台有很多种分类方式，通过频段分，可以分为长波、中波、短波（也称高频）、超短波、微波等几种电台;通过业务范围分，可以分为定位、航空、营救、广播、业务、气象等类型电台;通过外观形态分，还可以分为手持台、车载台等类型。用于海上通信的无线电台，通过频率分主要有两种，短波（高频）电台和超短波（甚高频）电台。超短波电台就是利用波长短、频率高的无线电来实现信号的收发的，因为其受季节天气变化的影响小、通信质量优于其他无线电台、具有较高的信噪比和传播方式稳定等特性，在海上通信中得到了广泛的应用。因为波长和频率的特性，发向天空的超短电波不能反射回地面和不能越过障碍物的特点及电波直射的原理，决定了超短波电台只能应用于短距离通信，但毫无遮挡的大海反而成了超短波电台充分发挥作用的舞台，视距范围内都是超短波电台联通的范围，因此即使在远海作业，使用超短波电台，船队之间的通信几乎不受任何影响。相对于超短波电台，短波电台波长长、频率低，他的信号发向天空时，被电离层吸收的少，可以进行反射，因此具有较长的传播距离。在海上通信时，短波电台一般应用于长距离视距外的通信需求。但因为电离层反射加吸收，及电离层的不稳定，短波电台发射和接收信号会出现时强时弱的现象，因此船舶上的短波电台，一般都需要配备鞭状天线或者高架天线，以获取满意的信息传输效果。

（4）船舶自动识别系统（简称AIS系统）也叫船舶动态监控系统，从敌我识别器发展而来，是一种开放式數据传输系统，由VHF通信机、定位仪和通信控制器组成，采用甚高频（VHF）向周围水域发送船舶信息和接收VHF覆盖范围内其他船舶的信息（船位、航速、航向、船名、呼号、吃水及危险货物等静态信息）的方式，实现自动应答，智能化获取海上交通信息，及时掌握附近海面所有船舶的动静态资讯，采取必要避让行动，可以有效减少船舶碰撞事故保障航行安全。AIS系统通过在电子海图上直观地显示周边船舶的航向、航线和船名等信息，建立了一种高效、简化的信息交流方式，唯一的安全隐患就是，装备了AIS系统的船舶，只能和装备了AIS系统的船舶及岸指进行交流。因此，在北斗导航、海事卫星系统、雷达及短波电台都出现故障的情况下，只要AIS系统运转正常，船舶仍可以勉强在海上航行，但若AIS系统故障，船舶将不可以出航，在航的船舶必须采取一切方式立即呼叫救援。

（5）其他传统通信方式。电报是最早用电来远距离传送信息的通信方式，在19世纪30年代由英国人发明，通过专用的交换线路使用摩尔斯编码代替文字和数字发送消息，具有很高的保密和安全性，曾一度在通信领域占有极为重要的地位，在海上通信业务里也发挥了重要贡献，但慢慢地被电话、传真等更方便的通信工具所替代。灯光通信，使用信号灯、手电筒等发光器材，通过长短闪光的方式来表示字母、数字和摩尔斯编码，以此实现视觉信号通信的目的。除了长短闪光的方式，还可以采用不同的灯光颜色、灯泡晃动等来增加通信内容，但因为光的特性，最佳通信应用环境只能是夜间，解决中短距离的船舶指挥、位置标识、识别船只等的需求，具有很大的局限性，随着其他通信手段的发展，灯光作为后备通信方式，现在已经很少有船只使用。旗语，借助于旗帜来传递信号的方式可以说是海上通信的鼻祖，也叫手旗信号或手旗通信。通过单手或双手持不同颜色的旗帜，指向不同方向和角度，来表示不同的字母和数字，甚至可以通过约定好的编码转译，来表示更加复杂的信息。相对于灯光通信，旗语的应用环境受限更多，条件更苛刻。首先海上天气不能太差，要有良好的能见度，其次船舶之间的距离不能太远，为了获得旗语的信息，望远镜曾一度是信号转译人员的必备装备。随着时代的进步和科技的发展，电报、灯光和旗语等这些曾经一度十分活跃、海上唯一的通信手段，现在已经逐渐退出了历史舞台。

参考文献：

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[4] 董彬虹，李少谦.短波通信的现状及发展趋势[J].信息与电子工程，2007，5（1）：1-5.

[5] 雅风斋.强大的电世界[M].北京：金盾出版社，2012.

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