WiMAX技术在船舶通讯中的应用研究

收稿日期:2009-08-28

基金项目:浙江交通职业技术学院科技项目(2009yk12)

作者简介:丁宏辉(1975-),男,浙江舟山人,讲师,硕士,E -mail :islands @zjvtit 1edu 1cn 。

浙江交通职业技术学院学报,第10卷第4期,2009年12月

Journal of Zhejiang Institute of C ommunications V ol 110N o 14,Dec 12009

WiMAX 技术在船舶通讯中的应用研究

丁宏辉

(浙江交通职业技术学院,杭州　311112)

摘　要:本文主要对作为3G 技术之一的WiMAX 技术应用在航海通信中的可行性

进行了分析,对采用WiMAX 技术的AIS 系统在通信方式上提出了新的解决方案,为整个航海通讯提供了新的通信模式。

关键词:WiMAX 技术;3G;T D -SC DMA ;AIS

中图分类号:U67517　文献标识码:A d oi :1013969/j 1issn 11671-234x 120091041008文章编号:1671-234X (2009)04-0030-03

0　前　言

随着船舶航海技术的不断发展,现代船舶不断增添新的通信设备如G MDSS 系统、AIS 、VDR 等,但这些设备在数据传输方式上遇到了通信瓶颈。而新技术的不断出现,势必改变当前海上数据通信模式。最近基于T D -SC DMA 的3G 技术在我国的正式启动。WiMAX 技术在2008年I MO 国际电信联盟大会上正式成为3G 标准之一,WiMAX 技术的宽带无线通信技术能为船舶通信提供高速的数据传输,从而解决了船舶在数据传输上的缺陷,为船舶的安全航行提供有利的保障。

1　WiMAX 技术与其它3G 技术比较

WiMAX 的全名是W orld wide Interoperability for Microwave Access (全球微波接入互操作性),是以IEEE 802116的系列宽频无线标准为基础的宽带无

线技术。该系列标准目前有两个发展方向:一个是固定宽带无线技术,其最新标准为IEEE 802116d ;

另外一个是移动宽带无线技术,其标准为IEEE 802116e ,定义了移动宽带无线接入空中接口标准。在IEEE 802116d 固定无线接入标准研制的基础上,IEEE 802116e 提出了具有移动特性的系统框架结构,并于2004年9月通过草案。该标准规定了可同时支持固定和移动宽带无线接入的系统。IEEE 802116e 标准最终提供的是一种既能提供高速数据业务又使用户具有移动性的宽带无线接入解决方案。

其它3G 网络的核心功能是提供移动电话服务,也可以用来传输数据。WiMAX 的标准则是高速率的数据传输,语音质量并不是关键要求。因此这两种技术的任务和目标都不相同,WiMAX 的着眼点是实现宽带无线化,而其它3G 则更多地倾向于实现无线宽带化。作为提供有限移动性的宽带接入方式,移动WiMAX 同其他3G 相比最大的优势就在于带宽,其70M/s 的最高接入速度是其他3G 所能提供的宽带连接速度的30倍。随着T D -SC D 2MA 的全面实施,3G 的优越性被广泛关注。从表1中可以看出WiMAX 技术与T D -SC DMA 相比较,WiMAX 技术具有一定的优越性。

表1　WiM AX技术与T D-SC DM A技术的相关参数[1]

技术WI M AX T D-SC DM A 协议802116T D-SC DM A

覆盖范围116～50kM40kM

最大数据传输10～75Mbit/s1616Mbps

Q oS支持支持

工作频段计划使用低于6G H z的许可频段2G,155MH z频谱

频道间隔1125～20MH z自动调整116MH z

关键技术OFDM、OFDM A、MI M O等技术T D-SC DM A技术

发射功率小于5W6W

成熟度标准已定较好

多媒体功能语音与视频语音与视频

2　移动W iM AX802116e通信带宽计算

船舶作为一个移动物体,其通信要求主要体现

在船舶航行时的宽带容量,因此对基于802116e的

移动WiMAX进行容量的计算。移动WiMAX采用

AMC、H ARQ、快速信道反馈(C QICH)等技术来提

高系统容量,下行支持QPSK、16QAM和64QAM调

制,上行支持QPSK、16QAM,其中64QAM可选。

以带宽为5MH z的WiMAX802116e系统为例,

系统帧长T f=5ms。算出1帧中的信息比特数,计

算系统的吞吐量。WiMAX802116e基站容量S的计

算公式如下:

S=N b

T f

(1)

其中,Nb为1帧中的信息比特数,T f为帧长。

根据IEEE802116-2005规范,1个OFDM符号的周期为10018μs(其中OFDM循环前缀CP=1/ 8),1个5ms的帧中共有49个OFDM符号;1个OFDM符号包含384个数据子载波;每个子载波承载一个经过编码的QAM符号。

WiMAX802116e系统支持的最高调制阶数为64QAM、最高编码率为3/4。得出:

1个数据子载波承载的数据比特数为:N0= ln64×3/4=415个。

1个OFDM符号承载的数据比特数为:N1= 384×415=1728个。

可见,802116e帧的下行开销包括Preamble (前同步头)、FCH(帧控制头)、D L-MAP/U L-MAP(上/下行MAP消息)合计约3个OFDM符号;上行开销包括ACK(应答)、C QI(信道质量指示)、Ranging(测距)合计约2个OFDM符号。那么1帧中用于传输有用户数据信息的共有44个OFDM符号,得出:

1帧中的信息比特数N b=44×1728=76032个。

根据式(1)得到5MH z带宽的WiMAX 802

116e系统的理论最大吞吐量[2]S=76032/5×10-3=1512(Mbit/s)

这样的数据传输速率完全能够满足航海通信数据传输的要求。

3　以AIS系统为例的W iM AX技术应用

当采用WiMAX技术组建的网络全面实施后,通过WiMAX技术组建的网络可以和AIS系统结合在一起。目前AIS系统主要有AIS岸台系统和AIS 船台设备组成。AIS岸台系统由AIS基站收发机联网而成。AIS基站收发机遵从AIS技术特性标准,可安装在VTS系统中或作为AIS沿岸网络的核心单元,采用双信道VHF接收机在AIS的87B与88BVHF国际专用频道上发射和接收按协议通信方案规定的已调信号,其通信频率带宽为25K H z。我们从图1AIS系统实际通信的结构图可知,AIS通信路由受到VHF通信带宽的限制。

AIS系统通信的结构如图1所示:

图1　AIS系统通信结构

W iM AX网络主要由用户台、基站、认证和业务授权服务器组成,其中认证和业务授权服务器主要提

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