软件无线电播发系统设计研究

闫庆昌

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510000）

0 引 言

我国航海保障中心辖区范围广阔，其中不乏重要的国际海上运输通道，为加强周边海域水上安全信息播发的覆盖效果，有效履行中心航海保障职责，需要逐步推进周边海域安全信息播发系统建设。在播发天线场地的有限空间内尽可能部署较多的天线，充分发挥播发台站的功能。随着科学技术的发展，目前船舶在航海中有多种多样的手段来接收安全信息，软件无线电播发系统能够通过各种有效途径向船舶提供气象警告等其他与航行有关的紧急信息[1]。

1 软件无线电播发系统的作用与特点

海上 安全 信息（Maritime Safety Information，MSI）指航行警告、气象报告、气象预报以及有关航行安全的其他紧急安全信息。为了保证航行安全，国际海事组织意识到及时向船舶提供MSI非常重要，为此在全球海上遇险与安全系统（Global Maritime Distress and Safety System，GMDSS）中专门建立了MSI播发分系统，通过岸上设施向航行在海上的船舶播发MSI。将有关方面提供的船舶航行安全信息汇集起来，通过各种有效途径向航行于世界各有关海域的船舶进行播发，确保航行安全[2]。

软件无线电播发系统是海上安全信息播发的主要手段，能够每日定时播发航行警告、气象预报及其他紧急的海上安全信息，凡装有软件无线电播发接收机的船舶可自动接收播发信息。根据国际海事组织的规定，凡从事国际航行的300总吨及以上的货轮与所有客轮，均须配备航行警告电传（Navigation Telex，NAVTEX）接收机。海上安全信息分为3种，分别是航行警告、气象信息、搜救信息。在国际航道组织无线电航行警告发布委员会的指导下，根据全球航行警告业务指南有关电文标准、组织及程序提供航行警告，根据气象组织的技术规则及建议提供气象信息，由搜救责任部门提供搜救信息[3,4]。

2 软件无线电播发系统设计

2.1 总体设计结构

软件无线电播发系统主要承担全球航行警告业务中的沿海警告业务和海上气象业务，航行警告的内容主要包括主航道上航标损坏、危及航行的沉船、助航设施的重要改变、导航设施严重故障、航道中的滩险以及其他有碍航行安全的活动[5]。无线电播发安全信息由中控台通过传输线路发送至播发台，后经配线架送至各个发射机。发射机通过室内馈线电缆连接同轴避雷器，同时经过室内馈线电缆分别接至发信天线[6]。软件无线电播发系统组成如图1所示。

图1 系统组成

2.2 系统原理

系统核心控制设备是无线播发控制器，主要由高性能通用服务器加载新研制的软件构成。软件无线电播发系统操作终端通过IP网络与播发控制器互联，操作人员只需在终端打开浏览器输入相应的地址，进行用户身份审核后登录，即可进行业务操作。用户在软件无线播发操作终端上输入广播报文后，由播发控制器上的信息播发软件进行处理，区分中文、字母以及数字后分别进行编码输出，按照通信协议加入报头和报尾信息发送给信息处理软件。信息处理软件按照软件无线播发标准规范进行4B/3Y报文编码，将生成指定格式的序列进行频移键控（Frequency-Shift Keying，FSK）波形调制，计算生成FSK波形样值数据。利用IP方式将FSK波形样值数据传送至网络化发信机，经接口适配及数字/模拟（Digital/Analog，D/A）转化后上变频至指定频率发送[7]。部署在发信台的软件无线播发接收机解调并解析接收报文，通过接口适配后经IP网络传送给信息播发软件显示，供用户对比分析。软件无线电播发系统原理如图2所示。

图2 系统原理

软件无线电播发系统配置发信设备、接口适配模块、发信天线、网络传输设备及软件无线播发接收机等，远程操控中控台，依托“陆-岛”通信链路建立中控台与软件无线播发台的信息传输通道，通过中控台对设备及软件无线播发业务进行统一控制管理。在发信设备端配置软件无线播发接收机，将接收报文回传至中控台，通过比对接收报文与播发报文数据，分析统计收发误码情况，及时发现发信通道问题[8]。

2.3 系统硬件设计

系统硬件模块主要指发射机接口适配模块，该模块能够实现发射机业务音频接口与以太网接口的适配，通过软交换实现播发控制器与发信机的业务通信，为系统提供网络化的发信资源，满足发信机的网络化调用、管理需求，支持高频（High Frequency，HF）发信机和中频（Middle Frequency，MF）发射机。发射机接口适配模块主要由9路发信机业务音频接口、控制单元、接口单元、指示单元、电源单元以及电源滤波器等组成，可以实现9路发信机的业务音频接口适配业务。软件无线电播发系统硬件构成如图3所示。

图3 系统硬件构成

发射机接口适配模块由接口板、控制板、指示板以及电源单元组成。其中，接口板完成各路音频信号的D/A转换与调整工作；控制板从网络系统接收数据分发服务（Data Distribution Service，DDS）协议包，并将音频流等数据发送至接口板进行D/A转换；指示板完成各路发射机连接状态和工作状态的指示功能；电源单元为其他各单元板供电[9]。

2.4 系统软件设计

信息播发软件采用J2EE技术架构，整合了SprinMVC4.0、Spring4.0和Hibernate4.0这3大最新软件框架，构建了安全高效的开发模式。依据信息处理软件系统功能需求，软件划分为5个功能相对独立的模块，分别是DDS数据处理、数据缓冲、编码转换、信号调制以及软件维护。软件无线电播发系统的软件构成如图4所示。

图4 系统软件构成

DDS数据处理模块定义了以数据为中心的发布/订阅机制，并提供了与平台无关的数据模型。DDS数据处理架构是1种分布式架构，以主题进行区分，通过数据库连接提供分布式数据服务。广播业务模块包含报文编辑、报文编码、报文播发、数据管理、报文统计以及报文打印等功能模块。发射机远程控制功能主要包括预置信道和发射方式、输出功率档次选择、单项监视申请、状态数据请求以及维护管理等。通过比对发射码流与接收机接收的码流，研判系统整体工作状态。按照系统设备连接形成图形化的网络拓扑结构，对系统各组成部分状态进行监测。通过设备拓扑图，用户可以查看系统内各组成部分的工作状态、运行状态、任务状态。信息播发软件远程获取发射机的工作状态并呈现在界面上，便于用户查看[10]。

2.5 软件接口设计

信息播发软件对外提供业务处理接口、发射机接口适配模块接口、发射机接口、天线交换柜接口、接收机接口以及数据库接口，其接口关系如图5所示。

图5 信息播发软件接口关系

信息播发软件与信息处理器软件之间采用业务处理接口，信息播发软件通过DDS将设备控制指令或广播报文信息发送给信息处理软件。信息播发软件与数据库对接，实现综合业务系统中各类数据的处理和保存，提供数据信息查询、记录与操作等功能，主要包括用户信息、发射机参数配置信息、广播业务记录、操作记录以及设备状态信息等。信息播发软件与发射机之间采用发射机控制协议开展业务，信息播发软件远程进行发射机参数配置，并查询发射机状态。

3 结 论

基于软件无线电播发系统的研制可以自主发布我国周边海域的航行安全信息，对保障复杂国际形势下的船舶航行安全具有重要作用。通过软件无线电播发系统及时获取权威部门发布的航行警告、气象预报等海上安全信息，实现气象灾害早发现、早预警，有效保障航行安全。