JT-T-1255-2019海上数字广播（NAUDAT）系统技术要求

ⅠJT/T1255—2019前言 2规范性引用文件 4系统组成与设计要求 5应用功能要求 6性能要求 附录A（规范性附录）数据帧编码格式 附录B（规范性附录）调制解调技术 附录C（规范性附录）消息文件编码格式 参考文献 ⅡJT/T1255—2019本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。信息的数字系统特性》，与ITU⁃RM.2010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。信息的数字系统特性》，与ITU⁃RM.2010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。1JT/T1255—2019海上数字广播(NAVDAT)系统技术要求本标准规定了中频海上数字广播(NAVDAT)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。2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。BD410004北斗／全球卫星导航系统(GNSS)接收机导航定位数据输出格式ITU⁃RM.2010建议书500kHz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ITU⁃RP.368⁃9建议书频率在10kHz和30MHz之间的地波传播曲线(Ground⁃wavepropagationITU⁃RP.368⁃9建议书频率在10kHz和30MHz之间的地波传播曲线(Ground⁃wavepropagation下列术语和定义适用于本文件。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：OFDM基带信号由多个调制子载波信号合成，RF信号会出现较大的波峰因子。纠错编码后有效数据率和原始数据率的比例。2JT/T1255—2019注：码率是衡量纠错编码效率的指标。来自各种原始信息源的数据。消息message以一定的格式对信息进行处理后的数据。下列缩略语适用于本文件。34系统组成与设计要求远程监测接收机为可选部分。a)文件消息来源接口；b)文件多路复用器；c)文件多路复用管理器；d)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。4SIM应具备以下功能：a)收集和控制各类信息；b)创建需传输的消息文件；c)根据文件的优先级和重播需求创建广播计划；d)监测岸基播发台工作状态和播发质量；e)控制岸基播发台工作参数。文件多路复用器应具备以下功能：a)交付从数据源得到的消息文件；b)加密消息文件；c)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；d)将消息文件发送至播发台。文件多路复用管理器应至少具备以下功能：a)查看来自所有数据源的消息文件；b)根据消息的优先级别排序播发；c)指定消息文件的接收方；d)加密消息文件。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：a)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；参数。岸基网络应确保消息文件和控制信令／监测数据在SIM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。岸基播发台组成如图3所示，应至少包括以下配置：a)一台控制器，具备安全机制的本地服务器；c)一台500kHz频段的数字发射机；d)一副带匹配单元的发射天线；e)一台用于时间同步的GNSS接收机，应配置高精度参考时钟；f)一台带天线的监测接收机。5图3岸基播发台组成岸基播发台应具备以下功能：a)接收来自SIM的消息文件；b)将消息文件转换成OFDM信c)将RF信号通过天线辐射，向船舶广播；d)监测岸基播发台工作状态并向SIM上报。控制器应接收以下信息：b)来自GNSS接收机或参考时钟的时间同步信息；c)来自监测接收机的频率为500kHz的信号；e)来自RF生成器和放大器的监测信号。控制器应具备以下功能：b)将岸基播发台的所有信号与同步时钟信号同步；c)控制传输参数、时间和序列；d)按传输要求格式化需发射的消息文件。NAVDAT调制器的组成如图4所示。6JT/T1255—2019图4NAVDAT调制器组成调制器应对以下三种输入流进行操作：a)MIS输入流。采用4⁃QAM子载波调制b)TIS输入流。采用4⁃QAM或16⁃QAM子载波调制，用于向接收机提供以下信息：b)TIS输入流。采用4⁃QAM或16⁃QAM子载波调制，用于向接收机提供以下信息：2)播发台标识；注：针对白天的地波传播与夜间的地波及天波传播，采用的DS纠错编码有所区别。c)DS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A规定的数据帧编码格式进行编码。4.4.4.4OFDM生成应对MIS、TIS和DS三种输入流进行信源编码、能量扩散和信道编码并输入至OFDM映射器。OFDM映射器应将MIS、TIS、DS三种信号以及导频生成器产生的信号进行OFDM成帧映射。OFDM基带生成器应根据OFDM映射器的输出生成OFDM基带信号。数字发射机应根据无线电覆盖要求将RF信号放大至合适的功率。RF放大器输出端的波峰因子应满足MER要求，控制在7dB~10dB。发射天线应配有阻抗匹配单元，RF放大器应通过阻抗匹配单元连接至发射天线。4.4.7GNSS接收机和高精度参考时钟GNSS接收机用于同步本地控制器，如需工作在SFN,应配置高精度参考时钟。检查495kHz~505kHz频段在发射前是否空闲，并检查RF发射。7JT/T1255—2019传输信道为495kHz~505kHz频率的无线数据传输链路，应覆盖A2海区。无线电覆盖范围的计算船载接收机组成如图5所示，应包括以下基本部分：b)GNSS接收机；c)RF前端；d)OFDM解调器；e)文件多路分配器；f)接收控制器；g)显示控制单元；图5船载接收机组成船载接收机应具备以下功能：a)接收无线电信号，并解调OFDM信号；b)重建消息文件；c)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。中频接收天线是磁场天线或电场天线。NAVDAT与NAVTEX共用天线，频率范围宜能覆盖注：磁场天线适合在大噪声船舶上使用。8JT/T1255—20194.6.4GNSS接收机GNSS接收机用于获取时间同步和船舶位置信息。RF前端包含RF滤波器、RF放大器和基带输出。4.6.6OFDM解调器OFDM解调器对OFDM信号进行解调恢复DS、MIS和TIS,并重新创建包含已发送消息文件的数据b)信道评估；OFDM解调器应能够自动检测以下调制参数：a)TIS和DS的子载波调制方式(4⁃QAM、16⁃QAM或64⁃QAMc)纠错编码的类型。a)估算出的SNR;b)BER;c)MER。文件多路分配器应具备以下功能：a)接收控制器发来的消息文件；b)检查消息文件是否已标记；c)在必要或可行的情况下解密消息文件；d)将消息文件提供给使用这些文件的终端应用；e)删除过期的消息文件；f)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。接收控制器应具备以下功能：a)从DS提取消息文件；b)解释TIS和MIS以及解调器给出的其他信息；c)从文件多路分配器中收集以下信息：1)已解码消息文件的总量；2)可用消息文件的数量；3)解密错误等错误事件。CDU应具备以下功能：9JT/T1255—2019a)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b)显示并检查接收参数；c)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。接收机通过数据接口接收外部GNSS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。求的INS接口。宜提供以太网和USB接口，可提供打印机接口。求的INS接口。宜提供以太网和USB接口，可提供打印机接口。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。4.7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SIM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。5应用功能要求NAVDAT系统应广播下列消息类型：g)VTS文件；NAVDAT系统应具备以下广播模式：b)选播：针对船队或指定区域内航行船舶的消息播发；注2：指定区域按照ITU⁃RM.493建议书附件1中5.3注2：指定区域按照ITU⁃RM.493建议书附件1中5.3对地理位置坐标的定义。JT/T1255—2019广播优先级从高到低分为遇险、紧急、安全和常规四个等级。5.4播发文件类型与格式NAVDAT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A.5。NAVDAT系统应能播发下列消息文件类型：a)ASCII编码的文本文件；c)HTML格式文件；b)c)HTML格式文件；d)BMP、JPEG、GIF或PNG等图片；e)PDF文档；5.5船载接收机主要功能船载接收机应能接收NAVDAT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MIS,自动选择解调和纠错译码的方式。接收机应按照附录A.5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。5.5.3.1收到NAVDAT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、SNR、信息5.5.3.2NAVDAT信息显示分辨率不应低于640×480像素。5.5.3.4若接收NAVDAT错误，应给出提示。5.5.3.5接收机宜根据NAVDAT播发时间规定，判断是否在预定时间接收到NAVDAT广播。若在预定时间没有接收到NAVDAT信息，应给出警告。5.5.4.1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1GB,存储内容应至少包括5.5.4.3存储的信息可人工选择通过数据接口输出。5.5.4.4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。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JT/T1255—2019件。接口应符合IEC61162⁃2和IEC61162⁃450的5.5.6GNSS位置数据输入接收机应能从BDS、GPS等GNSS接收机获取位置和时间信息，GPS数据格式应符合IEC61162（所有部分）的有关要求，BDS数据接口格式应符合BD410004中的有关要求。接收机宜内置实时时钟，并通过GNSS接收机进行自动校准。接收机应具有对内部模块的自检功能，并显示自检结果。6性能要求NAVDAT系统采用OFDM调制技术，见附录B。NAVDAT的OFDM参数应符合表1的规定。表1OFDM参数表符号有效长度Tu子载波间隔1/Tu保护间隔长度Td符号长度T=Tu+Td每帧符号个数Ns帧长度Tf24ms241Hz32.66ms26.66ms400ms不同的信道带宽应分别对应不同的频域占用率和OFDM的子载波数，见表2。模式信道带宽(kHz)OFDM子载波数1123354鲁棒性的不同，采用不同的调制方式，其信号星座图如图6所示。应对每个子载波进行QAM调制，调制方式包括64⁃QAM、16⁃鲁棒性的不同，采用不同的调制方式，其信号星座图如图6所示。JT/T1255—2019说明：ℴ实部；ℴ虚部；i—Q支路，下标为顺序编号，0为低位，2为高位；a—单位长度。图6调制方式星座图不同输入流采用的子载波调制方式，见表3。表3输入流的子载波调制方式调制信息流(MIS)播发台信息流(TIS)数据流(DS)4⁃QAM4⁃QAM、16⁃QAM4⁃QAM、16⁃QAM或64⁃QAM各个模式数据传输比特速率见表4。JT/T1255—2019表4各模式传输速率模式OFDM子载波调制方式码率04⁃QAM14⁃QAM216⁃QAM316⁃QAM464⁃QAM564⁃QAM数据帧编码见附录A。能量扩散编码应使用9次多项式，见式(1):ℴ输出函数；x—输入变量。频率范围为495kHz~505kHz。载波频率误差不应超过标称频率的±2.5Hz。6.2.3RF信号的频谱占用NAVDAT的RF信号带宽F为10kHz,其频谱占用应符合图7的要求。图7RF信号的频谱占用JT/T1255—2019播发台IMD3应至少为40dBc。6.3船载接收机主要性能设备接收信号的中心频率应为500kHz,频率范围为495kHz~505kHz。当接收信号载波电平为-100dBm时，调试信号为64⁃QAM,设备纠错后BER不应大于10-4。应能接收输入信号载波电平在-100dBm~-20dBm范围内的信号。有用信号电平为-94dBm时，对于500kHz±10kHz的单载波干扰信号，接收选择性不应小于40dB。接收机的噪声系数不应大于20dB。最小可用场强（含相应的接收天线）不应小于25dBμV/m。数据帧编码格式图A.1NAVDAT帧示意接收端信号首先应进行同步，在OFDM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255的PN序列截短得到，截短后长度为229。同步头PN序列如图A.2所示。图A.2同步头PN序列JT/T1255—2019频谱占用(kHz)频谱占用(kHz)153调制方式调制方式04QAM116QAM表A.3DS调制信息调制方式调制方式4⁃QAM64⁃QAM16QAMA.3.2MIS编码方式MIS应利用GF(128)的RS(4,2)进行编码，GF(128)本源多项式见式(A.1):ℴ输出函数；x—输入变量。播发台信息流应包含DS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：表A.4DS编码方式DS编码方式0000LDPC(2560,5120)LDPC(3840,5120)00100100预留未来使用播发台ID参数说明开始时间UTC时5开始时间UTC分6持续时间6TIS应利用GF(128)的RS(29,9)进行编码，GF(128)本源多项式见式(A.1)。A.5数据流(DS)DS包含的信息文件应采用分组模式传输，见附录C。在分组模式下，DS应由一系列分组数据包组成。分组数据包的结构要求如下：参数说明数据长度数据段的长度，单位为字节切换位1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1用来识别连续模式的特定分组包，含义见表A.8结束标志1用来识别连续模式的特定分组包，含义见表A.8分组ID分组填充指示标志1指示数据段是否进行填充，含义如下：0：不存在填充：数据段中的所有数据字节都是有用的；1：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6预留未来使用JT/T1255—2019表A.8起始标志和结束标志编码起始标志结束标志分组含义00一个中间分组01数据单元的最后一个分组10数据单元的第一个分组11数据单元的唯一分组A.5.2DS编码方式DS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A.9。表A.9DS数据流信息模式调制方式编码方式04⁃QAMLDPC(2560,5120)14⁃QAMLDPC(3840,5120)216⁃QAM316⁃QAM464⁃QAM564⁃QAMA.5.3LDPC编码p10êH=ê…êêpM-2,0LpM-1,0p01p11…pM-1,N-MpM-1,1…………p0,N-M…pi,N-M……pM-1,N-M…00式中：每个元素—L阶方阵；0—L阶单位矩阵；-1—L×0—L阶单位矩阵；Pi,j—表示第i行、第j列的元素，该元素由L阶单位矩阵向右移位Pi,j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(A.3):式中：H—校验矩阵；HS—信息块，为M×L行、(N-M)×L列矩阵；HP—校验块，为M×L阶方阵。将纠错编码后的码字C分为两个部分，分解方式见式(A.4):式中：C—编码后的码字；S—信息位；P—校验位。C应满足校验约束条件，校验约束条件见式(A.5):T—矩阵的转置运算。利用上式就可以求得相应的校验比特。码效率的LDPC使用的校验矩阵H如下所示：--1-1-1-1-17-1-1-1-1-1-10-1-1-1-1-1-1-1-10-1-1-17-1-13-1-10-1其中3/4编码效率的LDPC使用的校验矩阵H如下所示：--1-1-1-1-1-107-1-1-1-1-10-1-10-1-1-1-13-10-1-1-1-1-120-150-1-140-1-180-1101为对传输数据进行比特错误检测，在DS中，每一个编码块长度的末端应加入长度为16的CRC校(x)ℴ输出函数；x—输入变量。42(x)ℴ输出函数；x—输入变量。调制解调技术NAVDAT系统应采用OFDM调制技术。从频域看，OFDM信号由多个子载波构成，从时域看，OFDM信号按时间分成多个OFDM符号。一个OFDM单元等效于一个子载波上的一个OFDM符号时图B.1OFDM单元示意符号长度Ts的计算公式见式(B.1):