CN212012646U - 海岸电台高频电路数字化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海岸电台高频电路数字化系统。其中，该系统包括海岸电台人机交互设备、海岸电台数据接收和分发设备、用于对模拟基带信号进行解调或将其他信号调制为模拟基带信号的基站调制解调器、基站收发设备、船载调制解调器和船载人机交互设备；海岸电台人机交互设备、海岸电台数据接收和分发设备、基站调制解调器、基站收发设备、船载调制解调器和船载人机交互设备依次连接。本实用新型解决了现有技术中海岸电台采用模拟电路通信方式时抗干扰能力差、频谱利用率低、传输内容单一、用户体验差等的技术问题。

Description

海岸电台高频电路数字化系统

技术领域

本实用新型涉及海上通信领域，具体而言，涉及一种海岸电台高频电路数字化系统。

背景技术

海岸电台承担着海上航行船舶与陆地通信的任务，负责海上遇险安全值守和通信、海上安全信息播发、海上报时、海上气象预报和沿海航行警告等大量的公益性业务通信，是海上交通安全监管和救助的基本要素，贯穿船舶遇险救助的全过程，涉及海上交通安全监管的各环节。

目前，海岸电台高频电路多为单边带话音，这种通信方式仍为模拟电路，在传输速率和可靠性方面都较落后。一方面，语音信号在传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰，从而使得通信质量下降；另一方面，话音信号容易受到船舶发动机噪音及周围环境噪音的影响，话音信号的辨识度对环境依赖程度很高；此外，话音信号缺乏记录介质，不利于随时查看备忘。可见单纯的语音通信方式，制约了海岸电台通信效果。

针对上述现有技术中海岸电台采用模拟电路通信方式时抗干扰能力差、频谱利用率低、传输内容单一、用户体验差等的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种海岸电台高频电路数字化系统，以至少解决现有技术中海岸电台采用模拟电路通信方式时抗干扰能力差、频谱利用率低、传输内容单一、用户体验差等的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种海岸电台高频电路数字化系统，包括海岸电台人机交互设备、海岸电台数据接收和分发设备、用于对模拟基带信号进行解调或将其他信号调制为模拟基带信号的基站调制解调器、基站收发设备、船载调制解调器和船载人机交互设备；其中，海岸电台人机交互设备和海岸电台数据接收和分发设备设置于海岸电台中控台，基站调制解调器设置于海岸电台发信台和海岸电台收信台，基站收发设备设置于海岸电台发信台和海岸电台收信台，船载调制解调器和船载人机交互设备设置于海上船舶上；海岸电台人机交互设备、海岸电台数据接收和分发设备、基站调制解调器、基站收发设备、船载调制解调器和船载人机交互设备依次连接。

进一步的，海岸电台数据接收和分发设备包括发送处理单元，发送处理单元包括依次连接的业务侦听器、存储器和发射控制器。

进一步的，海岸电台数据接收和分发设备包括接收处理单元，接收处理单元包括依次连接的业务处理器、存储器和消息分发器。

进一步的，基站调制解调器包括基站调制器，基站调制器包括依次连接的IP控制器、消息控制队列、数据链路控制器和信号调制器。

进一步的，基站调制解调器包括基站解调器，基站解调器包括依次连接的信号解调器、数据链路控制器和IP控制器。

进一步的，基站收发设备包括基站播发设备和基站接收设备，其中，基站播发设备包括依次连接的发信天线、天线交换矩阵、HF发信机和网络及配线设备，基站接收设备包括依次连接的收信天线、天线交换矩阵、HF收信机和网络及配线设备。

进一步的，船载调制解调器包括信号调制器和信号解调器。

进一步的，基站调制解调器和船载调制解调器均采用GMSK调制与解调算法。

进一步的，船载人机交互设备包括APP搭载终端和对讲机。

进一步的，APP搭载终端包括船载用户终端，船载用户终端包括Modem控制器、消息处理器、显控器和本地数据库，其中，Modem控制器、消息处理器、显控器依次连接，本地数据库与消息处理器连接。

在本实用新型实施例中，通过海岸电台人机交互设备、海岸电台数据接收和分发设备、用于对模拟基带信号进行解调或将其他信号调制为模拟基带信号的基站调制解调器、基站收发设备、船载调制解调器和船载人机交互设备，完成信号的调制和解调，提高了系统的抗干扰能力，通过海岸电台高频电路实现文字、语音、图片等数据传输，丰富了播发内容，实现与互联网的互联互通，克服了当前模拟电路精度低、灵敏度差、无法传送数据和图像信息等缺点，提高系统的可靠性和传输速率，大大提高了系统的抗干扰能力，提高通信效率和用户体验，为实际工程的应用奠定了基础，具有一定的推广价值，进而解决了现有技术中海岸电台采用模拟电路通信方式时抗干扰能力差、频谱利用率低、传输内容单一、用户体验差等的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种海岸电台高频电路数字化系统的总体框架示意图；

图2是根据本实用新型实施例的数据帧结构图；

图3是根据本实用新型实施例的调制解调器功能模块图；

图4是根据本实用新型实施例的APP单元框架示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本实用新型实施例，提供了一种海岸电台高频电路数字化系统的产品实施例，图1是根据本实用新型实施例的海岸电台高频电路数字化系统，如图1所示，该装置包括海岸电台人机交互设备、海岸电台数据接收和分发设备、用于对模拟基带信号进行解调或将其他信号调制为模拟基带信号的基站调制解调器、基站收发设备、船载调制解调器和船载人机交互设备；其中，海岸电台人机交互设备和海岸电台数据接收和分发设备设置于海岸电台中控台，基站调制解调器设置于海岸电台发信台和海岸电台收信台，基站收发设备设置于海岸电台发信台和海岸电台收信台，船载调制解调器和船载人机交互设备设置于海上船舶上；海岸电台人机交互设备、海岸电台数据接收和分发设备、基站调制解调器、基站收发设备、船载调制解调器和船载人机交互设备依次连接。

具体的，当海岸电台发送消息给船载电台时，可以通过海岸电台人机交互设备输入消息，经由海岸电台数据接收和分发设备发送给基站调制解调器进行调制，并将调制后的消息发送给基站收发设备，调制后的消息经过船舶电台接收后送至船载调制解调器，同样的，当船载电台发送消息给海岸电台时，可以通过船载APP输入消息，经由船载调制解调器调制后通过船舶电台发送给基站调制解调器，经由基站调制解调器解调后经由海岸电台数据接收和分发设备发送给海岸电台人机交互设备进行显示。

具体的，数字处理基带是本实用新型的核心组成部分，在海岸电台向船载电台发射信息时候，基站调制解调器可以将信源信号(包括话音信号、图片、文字、控制信息)进行信道编码、信号调制，以生成适合在特定无线信道环境下传输的模拟基带信号，该模拟基带信号会通过信号放大和射频频谱搬移，生成最终的无线信号。当海岸电台接收到通信范围内其它岸台或者船台发出的信号时，基站调制解调器直接采集模拟基带信号，进行数字化处理，处理流程包括信号同步、信号解调和信道解码，采用该方式，可以使本实用新型系统在对抗信号衰减、同频干扰方面具有较强的能力。

在本实用新型实施例中，通过海岸电台人机交互设备、海岸电台数据接收和分发设备、用于对模拟基带信号进行解调或将其他信号调制为模拟基带信号的基站调制解调器、基站收发设备、船载调制解调器和船载人机交互设备，完成信号的调制和解调，提高了系统的抗干扰能力，通过海岸电台高频电路实现文字、语音、图片等数据传输，丰富了播发内容，实现与互联网的互联互通，克服了当前模拟电路精度低、灵敏度差、无法传送数据和图像信息等缺点，提高系统的可靠性和传输速率，大大提高了系统的抗干扰能力，提高通信效率和用户体验，为实际工程的应用奠定了基础，具有一定的推广价值，进而解决了现有技术中海岸电台采用模拟电路通信方式时抗干扰能力差、频谱利用率低、传输内容单一、用户体验差等的技术问题。

在一种可选的实施例中，海岸电台人机交互设备是人机交互的操作控制平台，部署在海岸电台的中控台，由电台相关人员进行操作，操作人员通过该设备可以进行语音、文字以及图像数据的发送与接收显示。

可选的，海岸电台人机交互设备支持海岸电台的日常语音通信业务，能正常接收船载电台的呼叫，同时将呼叫过程进行存储，进行相关的日志记录。

可选的，海岸电台人机交互设备支持数据通信业务，主要包括文字、图像和语音数据，由于海岸电台高频电路的可用带宽为3kHz，为了避免对信道的长时间占据，系统需要对数据进行压缩处理，同时限制输入数据的大小，由海岸电台人机交互设备送入海岸电台数据接收和分发设备的数据不得超过500kB。此外，海岸电台人机交互设备还可提供群聊和单聊的通信业务。

可选的，海岸电台人机交互设备可以实现呼叫报警和通知推送，当系统接收到船舶呼叫或报警时，海岸电台人机交互设备可以即时将接收消息推送至各个控制计算机和已连接系统的所有客户端。

在一种可选的实施例中，海岸电台数据接收和分发设备包括发送处理单元，发送处理单元包括依次连接的业务侦听器、存储器和发射控制器。海岸电台数据接收和分发设备还包括接收处理单元，接收处理单元包括依次连接的业务处理器、存储器和消息分发器。

具体的，针对发送处理单元，业务侦听器用于实时监测外部送来的业务发送请求数据，监测到请求数据后，将请求数据进行存储并转发至发射控制器；存储器用于缓存待发送信息，并进行必要的日志记录；发射控制器负责将数据进行整理，并传输至基站调制解调器中的信号调制器，发射控制器需要对信号调制器的接口和协议进行适配，同时通过基站收发设备中IP控制器对发信机进行相关管理，当有数据需发射的时候，需要提前读取发信机的运行状态，确保发信机处于功放开的状态，如果不开，需要通过IP自动将发信机功放打开。

具体的，针对接收处理单元，业务处理器适配基站调制解调器中的信号解调器的接口和协议，自动解析从信号解调器送来的接收信号，并将消息进行存储，然后通知消息分发模块进行消息转发；业务处理器支持RS-232协议和IP协议，适配多种不同的硬件接入。存储器需要对接收消息进行缓存。消息分发器负责将解调后的消息推送至海岸电台人机交互设备，当海岸电台人机交互设备接收到消息时，可主动将消息推送至各个已登录海岸电台的客户端，客户端包括PC机或者手机，同时海岸电台人机交互设备可以对离线用户进行消息缓存，当用户重新登录后，重新进行消息推送。

可选的，发送处理单元和接收处理单元中的存储器在缓存消息时，可以按照日期对各个频道的信息进行存储，存储方式可以采用数据库+文件存储的方式，以便于快速查询。

在一种可选的实施例中，基站调制解调器包括基站调制器，基站调制器包括依次连接的IP控制器、消息控制队列、数据链路控制器和信号调制器。基站调制解调器还包括基站解调器，基站解调器包括依次连接的信号解调器、数据链路控制器和IP控制器。

具体的，IP控制器负责解析和打包IP数据包，负责与业务系统的接口，是基站调制解调器对外的I/O接口模块；消息控制队列负责消息的顺序控制，保证消息发送的一致性，同时，消息控制队列需要向上层应用汇报当前的容量状态，方便上层应用进行业务判断。数据链路控制器负责将原始的消息进行组帧，组帧的过程包括添加纠检错码、起始和结束标志位、前导码等，从而对数据传输过程进行必要的控制，确保数据传输的完整性和可靠性，维护网内一定数量的船载台或基站信息，实现快速建立通信连接；信号调制器用于将数据链路层的二进制信息调制成1.8kHz的GMSK波形信号，并进行匹配输出，送给网络及配线系统最终传输至发信机；信号解调器用于从海岸电台接收到的数据恢复出二进制接收信号，并交给数据链路层进行帧校验和解析。

具体的，基站调制解调器用于完成发射消息的组帧以及接收消息的解析，本实用新型参照AIS消息格式，将数据分为前导码、数据位、校验位、缓冲位四部分，如图2所示，原始比特流组帧时，需要加上前导码，用于同步和区分数据包，在数据位和校验位之后还需要加入缓冲位，消息发射之前，还需要进行编码和交织，以提升前向纠错性能，减小信道衰落带来的影响，相应地，接收到的消息需要解交织、解码，最后再对其进行解析。

具体的，在海岸电台向船载电台发射信息时候，基站调制解调器获取待发消息、发射参数等指令，然后将待发消息以一定的规则存入消息队列，信号调制器将消息队列中待传输信息数据进行信道编码，组帧，GMSK调制，输出1.8kHz的音频数据，将信号直接送到发信机，发信机再将信号调制到短波频段进行发射。当利用海岸电台高频天线接收通信范围内其它岸台或者船台发出的信号时，收到的信号经由收信机转变为基带信号，由信号解调器将GMSK波形信号进行解调，解调出的码流进行相应的解交织和解码，并对码流进行解析后，恢复出原始数据，并通过网口、WiFi或INS端口等接口输出。

在一种具体的实施例中，如图3所示，基站调制解调器从功能上划分可以包括中央控制及信息处理单元、信息发射单元、信息接收单元、数据交互单元、同步定时单元和系统实时监控单元，其中，中央控制及信息处理单元是调制解调器的核心模块，负责与外部模块的数据交互、发射任务管理、接收任务管理、系统状态监测等功能。中央控制及信息处理单元通过控制数据交互模块将内部数据输出，并将外部数据缓存到调制解调器中；根据同步定时单元给出的定时信号，对发射任务进行管理，完成消息队列的构建、控制消息发送时刻，同时对接收任务进行管理，在系统规定的时隙对数据进行解调和分析，并输出；数据交互单元主要用于进行数据交互，调制解调器需要从网络/外部设备获取原始待发射数据，同时，解调出的数据也需要通过规定的接口传输到终端设备，因此调制解调器需要具有支持TCP/IP协议的网络接口，此外，船台还可以具备GPS数据接口、WiFi接口以及符合IEC 61162协议的INS端口等与外部设备进行数据互联所必须的接口；同步定时单元用于准确定时，发射机和接收机需要获取准确的定时，作为消息发射和消息接收时刻的参考，同步定时单元需要较强的稳健性，在各种突发环境下，例如网络中断时，都能正常工作；系统实时监测单元用于准确获知系统各个单元的工作状态，包括工作信道、工作频率、发射机发射波形准确程度、接收机解调性能、系统电源稳定程度、数据交互接口的工作情况等等。一旦系统检测出一个或者多个模块工作异常，甚至停止工作，系统将自动生成错误代码，并启动恢复程序尝试自主修复，同时将错误代码通过网络反馈到上层控制设备。信息发射单元包括发射缓存区、编码模块、交织模块、调制模块以及数字前端模块，待发射的比特流进入信息发射单元后先存储在发射缓存区，然后经过编码模块编码，然后对编码后的数据进行交织，以对抗通信过程中可能遇到的衰落，最后将交织后的数据经过调制模块进行调制，并在数字前端模块进行数字滤波后通过音频口传输到射频发射机；信息接收单元包括数字前端模块、解调模块、解交织模块、解码模块以及接收缓冲区，将射频接收机处理得到的音频信号经由数字前端进行降采样、滤波等操作，送入解调模块进行解调，对解调出的消息通过解交织模块进行解交织和以及通过解码模块进行解码，最后得出的比特流存储到接收缓冲区模块，等待输出。

具体的，基站调制解调器的调制模块部署在海岸电台发信台，解调模块部署在海岸电台收信台。

在一种可选的实施例中，船载调制解调器包括信号调制器和信号解调器，船载人机交互设备包括APP搭载终端和对讲机。

具体的，信号调制器和信号解调器主要完成对船载电台发射和接收的音频信号的调制解调，调制和解调标准与基站调制解调器一致，APP搭载终端是船舶人机交互的操作控制终端，可以使手机、电脑或其他智能设备，船舶驾驶人员通过APP进行语音、文字以及图像数据的发送与接收显示，船载调制解调器可通过WiFi接口实现与APP连接，对讲机是船舶的收发信设备终端。

具体的，船载调制解调器可直接与船载电台设备连接，可对外输出信号为1.8kHz的GMSK调制波形，同时从船载电台设备的音频输出端接入GMSK波形数据信号，并解调出消息信号。

在一种可选的实施例中，基站调制解调器和船载调制解调器均采用GMSK调制与解调算法。

在一种可选的实施例中，基站收发设备包括基站播发设备和基站接收设备，其中，基站播发设备包括依次连接的发信天线、天线交换矩阵、HF发信机和网络及配线设备，基站接收设备包括依次连接的收信天线、天线交换矩阵、HF收信机和网络及配线设备。

具体的，基站播发设备部署在海岸电台发信台，基站接收设备部署在海岸电台收信台。

在一种可选的实施例中，如图4所示，APP搭载终端包括船载用户终端，船载用户终端包括Modem控制器、消息处理器、显控器和本地数据库，其中，Modem控制器、消息处理器、显控器依次连接，本地数据库与消息处理器连接。

具体的，Modem控制器可以完成与船载调制解调器的数据交互，APP启动后将连接船载调制解调器，只有在连接成功后，用户才能进行后续的使用。每个通信对象有一个唯一识别码，船载用户可以使用本船的MMSI号作为唯一身份码，而基站的识别码则在开通系统后，由服务系统统一指定，船载用户终端的App的通讯录中记录每次通信过的MMSI号，并可以进行别名备注，APP可以提供单聊和群聊两种通信业务，在单聊状态下，用户只能同一个站台进行通信，而在群聊模式下，用户可以跟多个站台进行通信。通信内容包括文字、语音和图像数据。同时，APP支持直接拍摄图像并进行上传，但需要对图像进行压缩处理，限制大小为500kB。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种海岸电台高频电路数字化系统，其特征在于，包括海岸电台人机交互设备、海岸电台数据接收和分发设备、用于对模拟基带信号进行解调或将其他信号调制为模拟基带信号的基站调制解调器、基站收发设备、船载调制解调器和船载人机交互设备；其中，所述海岸电台人机交互设备和所述海岸电台数据接收和分发设备设置于海岸电台中控台，所述基站调制解调器设置于海岸电台发信台和海岸电台收信台，所述基站收发设备设置于所述海岸电台发信台和所述海岸电台收信台，所述船载调制解调器和所述船载人机交互设备设置于海上船舶上；所述海岸电台人机交互设备、所述海岸电台数据接收和分发设备、所述基站调制解调器、所述基站收发设备、所述船载调制解调器和所述船载人机交互设备依次连接。

2.根据权利要求1所述的海岸电台高频电路数字化系统，其特征在于，所述海岸电台数据接收和分发设备包括发送处理单元，所述发送处理单元包括依次连接的业务侦听器、存储器和发射控制器。

3.根据权利要求1或2所述的海岸电台高频电路数字化系统，其特征在于，所述海岸电台数据接收和分发设备包括接收处理单元，所述接收处理单元包括依次连接的业务处理器、存储器和消息分发器。

4.根据权利要求1所述的海岸电台高频电路数字化系统，其特征在于，所述基站调制解调器包括基站调制器，所述基站调制器包括依次连接的IP控制器、消息控制队列、数据链路控制器和信号调制器。

5.根据权利要求1或4所述的海岸电台高频电路数字化系统，其特征在于，所述基站调制解调器包括基站解调器，所述基站解调器包括依次连接的信号解调器、数据链路控制器和IP控制器。

6.根据权利要求1所述的海岸电台高频电路数字化系统，其特征在于，所述基站收发设备包括基站播发设备和基站接收设备，其中，所述基站播发设备包括依次连接的发信天线、天线交换矩阵、HF发信机和网络及配线设备，所述基站接收设备包括依次连接的收信天线、天线交换矩阵、HF收信机和网络及配线设备。

7.根据权利要求1所述的海岸电台高频电路数字化系统，其特征在于，所述船载调制解调器包括信号调制器和信号解调器。

8.根据权利要求1所述的海岸电台高频电路数字化系统，其特征在于，所述基站调制解调器和所述船载调制解调器均采用GMSK调制与解调算法。

9.根据权利要求1所述的海岸电台高频电路数字化系统，其特征在于，所述船载人机交互设备包括APP搭载终端和对讲机。

10.根据权利要求9所述的海岸电台高频电路数字化系统，其特征在于，所述APP搭载终端包括船载用户终端，所述船载用户终端包括Modem控制器、消息处理器、显控器和本地数据库，其中，所述Modem控制器、所述消息处理器、所述显控器依次连接，所述本地数据库与所述消息处理器连接。

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