JT∕T 1255-2019 海上数字广播(NAVDAT)系统技术要求

目 次 前言 范围 规范性引用文件 术语和定义、缩略语 系统组成与设计要求 应用功能要求 性能要求 附录 （规范性附录） 数据帧编码格式 附录 （规范性附录） 调制解调技术 附录 （规范性附录） 消息文件编码格式 参考文献 前 言 本标准按照 给出的规则起草。 本标准使用重新起草法参考 建议书 频段岸到船广播水上安全和安保相关 信息的数字系统特性，与 建议书的一致性程度为非等效。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由交通运输信息通信及导航标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位：交通运输部东海航海保障中心、上海埃威航空电子有限公司。 本标准主要起草人：陈涤非、梅建群、汤可成、高万明、郑德福、许幼成、王翔。 海上数字广播（）系统技术要求 范围 本标准规定了中频海上数字广播（）系统的系统组成与设计要求、应用功能要求和性能要求。 本标准适用于中频海上数字广播的播发系统和船载接收设备。 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 北斗 全球卫星导航系统（）接收机导航定位数据输出格式 海上导航和无线电通信设备及系统数字接口（所有部分）（ ） 海上导航和无线电通信设备和系统 组合导航系统 第 部分：惯性导航系统的模 块化结构 操作和性能要求、试验方法及要求的试验结果（ ： ， ） 建议书 用于水上移动业务的数字选择性呼叫系统（ ） 建议书 水上移动业务标识的指配和使用（ ） 建议书 频段岸到船广播水上安全和安保相关信息的数字系统特性 （ ， ） 建议书 频率在 和 之间的地波传播曲线（ ） 建议书 无线电噪声（ ） 术语和定义、缩略语 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 波峰因子 描述信号包络变化的参数，信号峰值功率与平均功率之比。 注： 基带信号由多个调制子载波信号合成， 信号会出现较大的波峰因子。 码率 纠错编码后有效数据率和原始数据率的比例。 注：码率是衡量纠错编码效率的指标。 信息 来自各种原始信息源的数据。 消息 以一定的格式对信息进行处理后的数据。 缩略语 下列缩略语适用于本文件。 ：美国信息交换标准码（ ） ：误码率（ ） ：图像文件格式（） ：北斗卫星导航系统（ ） ：显示控制单元（ ） ：循环冗余检验（ ） ：世界数字无线电广播（ ） ：数据流（ ） ：图像互换格式（ ） ：全球导航卫星系统（ ） ：超文本标记语言（ ） ：三阶互调抑制比（ ） ：专家组定义的格式（ ） ：低密度奇偶校验码（ ） ：调制错误率（ ） ：调制信息流（ ） ：水上移动通信业务标识码（ ） ：海上数字广播（ ） ：航行警告电传（ ） ：正交频分复用（ ） ：便携式文档格式（ ） ：伪噪声（） ：可移植网络图形（ ） ：伪随机二进制序列（ ） ：正交幅度调制（ ） ：射频（ ） ：单频网（ ） ：信息和管理系统（ ） ：信噪比（ ） ：播发台信息流（ ） ：船舶交通管理系统（ ） 系统组成与设计要求 系统组成 系统由 、岸基网络、岸基播发台、传输信道、船载接收机和远程监测接收机组成，其中 远程监测接收机为可选部分。 系统框架如图 所示。 图 系统框架 组成 的组成应包括： ） 文件消息来源接口； ） 文件多路复用器； ） 文件多路复用管理器； ） 岸基播发台管理器。 所有消息源均通过网络与文件多路复用器相连。 组成如图 所示。 图 组成 总体功能 应具备以下功能： ） 收集和控制各类信息； ） 创建需传输的消息文件； ） 根据文件的优先级和重播需求创建广播计划； ） 监测岸基播发台工作状态和播发质量； ） 控制岸基播发台工作参数。 文件多路复用器 文件多路复用器应具备以下功能： ） 交付从数据源得到的消息文件； ） 加密消息文件； ） 格式化带有接收者信息、优先级状态和时间有效性的文件消息； ） 将消息文件发送至播发台。 文件多路复用管理器 文件多路复用管理器应至少具备以下功能： ） 查看来自所有数据源的消息文件； ） 根据消息的优先级别排序播发； ） 指定消息文件的接收方； ） 加密消息文件。 岸基播发台管理器 岸基播发台管理器通过网络与播发台连接，应具备以下功能： ） 能监视发射状态、告警、有效发射功率、同步报告和播发台发射质量等播发台状态信息； ） 能变更发射功能、 参数（导频子载波、调制方式、纠错编码方式等）和发射序列等播发台 参数。 岸基网络 岸基网络应确保消息文件和控制信令 监测数据在 和岸基播发台之间的传输。 岸基网络宜采用宽带连接、低速率连接或本地文件共享的方式。 岸基播发台 组成 岸基播发台组成如图 所示，应至少包括以下配置： ） 一台控制器，具备安全机制的本地服务器； ） 一台 调制器； ） 一台 频段的数字发射机； ） 一副带匹配单元的发射天线； ） 一台用于时间同步的 接收机， 应配置高精度参考时钟； ） 一台带天线的监测接收机。 图 岸基播发台组成 功能 岸基播发台应具备以下功能： ） 接收来自 的消息文件； ） 将消息文件转换成 信号； ） 将 信号通过天线辐射，向船舶广播； ） 监测岸基播发台工作状态并向 上报。 控制器 控制器应接收以下信息： ） 来自 的消息文件； ） 来自 接收机或参考时钟的时间同步信息； ） 来自监测接收机的频率为 的信号； ） 来自调制器的频率为 的信号； ） 来自 生成器和放大器的监测信号。 控制器应具备以下功能： ） 在传输前检查 频段是否空闲； ） 将岸基播发台的所有信号与同步时钟信号同步； ） 控制传输参数、时间和序列； ） 按传输要求格式化需发射的消息文件。 调制器 组成 调制器的组成如图 所示。 图 调制器组成 输入流 调制器应对以下三种输入流进行操作： ） 输入流。 采用 子载波调制，用于提供以下信息： ） 频谱占用； ） 和 的调制方式（、 或 ）。 ） 输入流。 采用 或 子载波调制，用于向接收机提供以下信息： ） 纠错编码； ） 播发台标识； ） 日期和时间。 注：针对白天的地波传播与夜间的地波及天波传播，采用的 纠错编码有所区别。 ） 输入流。 包含要发送的信息文件，信息文件应已通过文件多路复用器进行格式化，并由调 制器按照附录 规定的数据帧编码格式进行编码。 信道编码 为保障传输的鲁棒性，应采用信道纠错机制。 根据传输效率要求，码率应在 间变化。 生成 应对 、 和 三种输入流进行信源编码、能量扩散和信道编码并输入至 映射器。 映射器应将 、 三种信号以及导频生成器产生的信号进行 成帧映射。 基 带生成器应根据 映射器的输出生成 基带信号。 数字发射机 数字发射机应根据无线电覆盖要求将 信号放大至合适的功率。 放大器输出端的波峰因子应满足 要求，控制在 。 带匹配单元的发射天线 发射天线应配有阻抗匹配单元， 放大器应通过阻抗匹配单元连接至发射天线。 接收机和高精度参考时钟 接收机用于同步本地控制器，如需工作在 ，应配置高精度参考时钟。 监测接收机 检查 频段在发射前是否空闲，并检查 发射。 传输信道 传输信道为 频率的无线数据传输链路，应覆盖 海区。 无线电覆盖范围的计算 可按照建议书 和 的方法。 示例参见 。 船载接收机 组成 船载接收机组成如图 所示，应包括以下基本部分： ） 中频接收天线； ） 接收机； ） 前端； ） 解调器； ） 文件多路分配器； ） 接收控制器； ） 显示控制单元； ） 数据接口； ） 供电。 图 船载接收机组成 功能 船载接收机应具备以下功能： ） 接收无线电信号，并解调 信号； ） 重建消息文件； ） 根据消息文件的应用分类，显示消息内容或将消息文件提供给专用设备。 中频接收天线 中频接收天线是磁场天线或电场天线。 与 共用天线，频率范围宜能覆盖 、 和 。 注：磁场天线适合在大噪声船舶上使用。 接收机 接收机用于获取时间同步和船舶位置信息。 前端 前端包含 滤波器、 放大器和基带输出。 解调器 解调器对 信号进行解调恢复 、 和 ，并重新创建包含已发送消息文件的数据 流，应实现以下功能： ） 时间 频率同步； ） 信道评估； ） 自动调制恢复； ） 纠错。 解调器应能够自动检测以下调制参数： ） 和 的子载波调制方式（、 或 ）； ） 子载波方案； ） 纠错编码的类型。 除 之外，接收机还负责上报 和 中填写的信息，以及有关信道的补充信息，至少包括： ） 估算出的 ； ） ； ） 。 文件多路分配器 文件多路分配器应具备以下功能： ） 接收控制器发来的消息文件； ） 检查消息文件是否已标记； ） 在必要或可行的情况下解密消息文件； ） 将消息文件提供给使用这些文件的终端应用； ） 删除过期的消息文件； ） 根据应用的不同，消息文件应能够存储于可通过船舶网络访问的船载服务器上，并在接收机 的显示控制单元显示，或发送给其他应用设备。 接收控制器 接收控制器应具备以下功能： ） 从 提取消息文件； ） 解释 和 以及解调器给出的其他信息； ） 从文件多路分配器中收集以下信息： ） 已解码消息文件的总量； ） 可用消息文件的数量； ） 解密错误等错误事件。 显示控制单元 应具备以下功能： ） 显示专用消息并通过配置使该接口与专用船载设备应用相连，同时管理船舶的许可内容，如 船舶标识、加密等； ） 显示并检查接收参数； ） 根据消息文件的应用分类显示消息内容。 显示控制单元可外置或内置。 数据接口 接收机通过数据接口接收外部 等设备的数据，控制器根据消息文件的应用分类，通过数据接 口将消息文件提供给应用设备。 接收机应提供符合 （所有部分）要求的数据接口，提供符合 及 要 求的 接口。 宜提供以太网和 接口，可提供打印机接口。 供电 接收机的主要供电设备应与船载主要供电单元适配，宜接入应急电源。 远程监测接收机 宜配置远程监测接收机监测岸基播发台工作状态并向 上报。 远程监测接收机应按照船载接收机的组成和设计要求进行研制，此外远程监测接收机应配置网络 接口模块并接入岸基网络。 应用功能要求 广播消息 系统应广播下列消息类型： ） 航行安全； ） 安保； ） 海盗； ） 搜救； ） 气象海况； ） 引航或港口消息； ） 文件； ） 电子海图； ） 其他。 广播模式 系统应具备以下广播模式： ） 通播：针对所有船舶的消息播发； ） 选播：针对船队或指定区域内航行船舶的消息播发； ） 单播：使用 ，针对单船的消息播发。 注 ：船队按照 建议书附件 第一部分中同时呼叫一艘以上船舶的船舶电台群呼标识格式。 注 ：指定区域按照 建议书附件 中 对地理位置坐标的定义。 广播优先级 广播优先级从高到低分为遇险、紧急、安全和常规四个等级。 播发文件类型与格式 系统应具备消息和文件播发功能，文件播发应采用文件分组传输格式和差错控制方式。 文件分组传输格式和差错控制方式见附录 。 系统应能播发下列消息文件类型： ） 编码的文本文件； ） 格式的文本文件； ） 格式文件； ） 、 或 等图片； ） 文档； ） 压缩文件； ） 电子海图文件。 船载接收机主要功能 信息接收 船载接收机应能接收 信息，并识别信息的广播模式、优先级和类型。 接收机应能根据接收到的 ，自动选择解调和纠错译码的方式。 文件修复 接收机应按照附录 给出的文件分组传输格式和差错控制方式，利用同一文件多次重发的分组 数据，对错误的文件进行修复。 信息显示与报警 收到 信息后，接收机应给出提示，并显示接收状态，包括接收信号电平、信息 等级、信息类型、播发台信息等，以及接收到的消息内容、接收到的文件名称和文件格式。 信息显示分辨率不应低于 像素。 如接收到遇险和紧急信息，应能发出声光报警，报警应使用人工复位。 若接收 错误，应给出提示。 接收机宜根据 播发时间规定，判断是否在预定时间接收到 广播。 若在预 定时间没有接收到 信息，应给出警告。 信息存储和管理 接收机应按先进先出方式动态存储接收结果，存储容量不应少于 ，存储内容应至少包括 接收时间、播发台标识、信息类型和信息内容。 存储的信息可人工锁定存储、解锁、显示、编辑、删除和查询。 存储的信息可人工选择通过数据接口输出。 当外部供电发生意外中断时，接收机应能保护存储的信息及用户设置的数据。 数据输出 接收机应输出接收状态、接收到的消息、接收到的文件，或根据用户选择输出当前或存储的消息文 件。 接口应符合 和 的有关要求。 位置数据输入 接收机应能从 、 等 接收机获取位置和时间信息， 数据格式应符合 （所 有部分）的有关要求， 数据接口格式应符合 中的有关要求。 校时 接收机宜内置实时时钟，并通过 接收机进行自动校准。 自检 接收机应具有对内部模块的自检功能，并显示自检结果。 性能要求 调制指标 调制参数 系统采用 调制技术，见附录 。 的 参数应符合表 的规定。 表 参数表 符号有效长度 子载波间隔 保护间隔长度 符号长度 每帧符号个数 帧长度 信道带宽 不同的信道带宽应分别对应不同的频域占用率和 的子载波数，见表 。 表 频 谱 占 用 模 式信道带宽（） 子载波数 调制方式 应对每个子载波进行 调制，调制方式包括 、 和 。 应按照期望的信号 鲁棒性的不同，采用不同的调制方式，其信号星座图如图 所示。 说明： 实部； 支路，下标为顺序编号， 为低位， 为高位； 虚部； 支路，下标为顺序编号， 为低位， 为高位； 单位长度。 图 调制方式星座图 不同输入流采用的子载波调制方式，见表 。 表 输入流的子载波调制方式 调制信息流（）播发台信息流（）数据流（） 、 或 传输数据率 各个模式数据传输比特速率见表 。 表 各模式传输速率 模 式 子载波调制方式码 率有效速率（） 数据帧编码 数据帧编码见附录 。 能量扩散编码 能量扩散编码应使用 次多项式，见式（）： （） （） 式中：（） 输出函数； 输入变量。 播发台 频率范围 频率范围为 。 频率稳定度 载波频率误差不应超过标称频率的 。 信号的频谱占用 的 信号带宽 为 ，其频谱占用应符合图 的要求。 图 信号的频谱占用 发射互调抑制比 播发台 应至少为 。 船载接收机主要性能 接收频率 设备接收信号的中心频率应为 ，频率范围为 。 灵敏度 当接收信号载波电平为 时，调试信号为 ，设备纠错后 不应大于 。 接收动态范围 应能接收输入信号载波电平在 范围内的信号。 接收选择性 有用信号电平为 时，对于 的单载波干扰信号，接收选择性不应小于。 噪声系数 接收机的噪声系数不应大于 。 最小可用场强 最小可用场强（含相应的接收天线）不应小于 。 附 录 （规范性附录） 数据帧编码格式 帧结构 帧应包含同步头、 以及用于传输数据的 ，其结构示意如图 所示。 图 帧示意 同步头 接收端信号首先应进行同步，在 帧的开始设置同步符号，并进行帧同步和符号同步。 同步头应由长度为 的 序列截短得到，截短后长度为 。 同步头 序列如图 所示。 图 同步头 序列 结构 应包含信道频谱占用信息、 和 调制信息，其结构组成和占用的比特数要求如下： ） 频谱占用信息：，见表 ； ） 调制信息：，见表 ； ） 调制信息：，见表 ； ） 填充位：，值为 ； ） ：，编码方式见 。 表 频 谱 占 用 信 息 比 特 编 码频谱占用（）比 特 编 码频谱占用（） 表 调 制 信 息 比 特 编 码调 制 方 式比 特 编 码调 制 方 式 表 调 制 信 息 比 特 编 码调 制 方 式比 特 编 码调 制 方 式 编码方式 应利用 （）的 （，）进行编码，（）本源多项式见式（ ）： （） （ ） 式中：（） 输出函数； 输入变量。 播发台信息流（） 结构 播发台信息流应包含 编码方式信息、播发台编号以及播发时间信息，其结构组成和占用的比特 数要求如下： ） 编码方式：，见表 ； ） 播发台编号：，见表 ； ） 播发时间信息：，见表 ； ） 预留位：，值为 ； ） ： ，编码方式见 。 表 编 码 方 式 比 特 编 码 编码方式 （，） （，） （，） （，） （，） （，） 预留未来使用 表 播 发 台 编 号 比 特 编 码播发台 位数字，每个数字占 表 播 发 时 间 参 数比 特 数说 明 开始时间 时 小时 开始时间 分 分钟 持续时间 分钟 编码方式 应利用 （）的 （，）进行编码，（）本源多项式见式（ ）。 数据流（） 结构 包含的信息文件应采用分组模式传输，见附录 。 在分组模式下， 应由一系列分组数据包组 成。 分组数据包的结构要求如下： ） 报头：，编码方式见表 ； ） 数据段： 字节，见附录 ； ） ：，应从报头计算至数据段结束，编码方式见表 。 表 报 头 编 码 参 数比 特 数说 明 数据长度 数据段的长度，单位为字节 切换位 切换位：当分组传输的是同一文件消息时，该位应保持相同的状态；当发送不 同的消息文件第一个分组时，该位应相对于其先前状态反转 起始标志 用来识别连续模式的特定分组包，含义见表 结束标志 用来识别连续模式的特定分组包，含义见表 分组 指示分组的 编号，第 个分组 为 ，第 个分组 为 ，依次类推 分组填充指示标志 指示数据段是否进行填充，含义如下： ：不存在填充：数据段中的所有数据字节都是有用的； ：存在填充：数据段的前两个字节给出数据段中有用的数据字节数 预留 预留未来使用 表 起始标志和结束标志编码 起始标志结束标志分 组 含 义 一个中间分组 数据单元的最后一个分组 数据单元的第一个分组 数据单元的唯一分组 编码方式 应根据不同的模式采用不同的调制方式和编码方式，要求见表 。 表 数据流信息 模 式调 制 方 式编 码 方 式 （，） （，） （，） （，） （，） （，） 编码 的纠错编码应采用 编码，用 行、 列的校验矩阵 唯一定义，校验矩阵见式（）： ， ， ， ， ， （ ） 式中：每个元素 阶方阵； 的零矩阵； 阶单位矩阵； ， 表示第 行、第 列的元素，该元素由 阶单位矩阵向右移位 ，所得到的置换矩阵。 将上述的双对角线矩阵分为信息块与校验块两个部分，分解方式见式（ ）： （ ） 式中： 校验矩阵； 信息块，为 行、（ ） 列矩阵； 校验块，为 阶方阵。 将纠错编码后的码字 分为两个部分，分解方式见式（ ）： （ ） 式中： 编码后的码字； 信息位； 校验位。 应满足校验约束条件，校验约束条件见式（ ）： （ ） 式中： 矩阵的转置运算。 利用上式就可以求得相应的校验比特。 所使用的六种模式中 码的码长均为 ，编码效率分别为 和，其中 编 码效率的 使用的校验矩阵 如下所示： 其中 编码效率的 使用的校验矩阵 如下所示： 上述矩阵中的每一个元素都表示 的子矩阵。 校验 为对传输数据进行比特错误检测，在 中，每一个编码块长度的末端应加入长度为 的 校 验码，其生成公式见式（ ）： （） （ ） 式中：（） 输出函数； 输入变量。 在 和 中，应加入长度为 的 校验码，其生成公式见式（ ）： （） （ ） 式中：（） 输出函数； 输入变量。 附 录 （规范性附录） 调制解调技术 参数定义 系统应采用 调制技术。 从频域看， 信号由多个子载波构成，从时域看， 信号按时间分成多个 符号。 一个 单元等效于一个子载波上的一个 符号时 间内的调制信号，如图 所示。 图 单元示意 在 符号（长度为 ）中应插入保护间隔（），减轻多径效应，减少符号间的干扰。 符号长度 的计算公式见式（ ）： （ ） 式中： 符号长度； 符号有效长度； 保护间隔。 将多个 符号串接起来以构成 帧， 帧的长度为 。 帧时域示意图如 图 所示。 图 帧时域示意 同步 每个 符号应加入导频信号，加入导频信号后接收机应实现以下功能： ） 监测是否接收到信号； ） 估算频率偏移； ） 估算无线电传输信道。 导频信号的数量取决于期望的信号鲁棒性。 导频信号的示意如图 所示。 图 带导频的 信号示意 每帧 符号中的导频信号的分布示意如图 所示，其中，每个 帧的第一个符号应由 同步头序列填充，其所有子载波均被用作时间基准，为接收机提供同步。 图 导频信号分布示意 符号上的导频序列映射方式为 ，导频序列如图 所示