B類AIS的DSC應用研究

Ｂ類ＡＩＳ的ＤＳＣ應用研究

Ｂ類ＡＩ Ｓ的ＤＳＣ應用研究

Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＳＣ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｌａｓｓ——Ｂ ＡＩＳ ＲＴＵ

周佳銘’ 蘇偉達’ 李汪彪 吳允平’ 鄭 俊 蔡聲鎮(zhèn) 胡文倩’ 汪 培’

（１福建師范大學光電與信息工程學院，福建福州３５０００７；２福建師范大學軟件學院，福建福州３５０１０８）

摘要

提出了基于ＡＲＭ的ＣＬＡＳＳ Ｂ類ＣＳＴＤＭＡ制式ＡＩＳ基帶收發(fā)信機的設計方案，具體介紹了在Ｂ類的ＣＳＴＤＭＡ制式

ＡＩＳ中實現(xiàn)ＤＳＣ功能的方法和設計，重點解析了ＤＳＣ的通信協(xié)議，以及實現(xiàn)ＤＳＣ功能的難點。

關鍵詞：Ｂ類ＡＩＳ，ＣＳＴＤＭＡ制式，ＤＳＣ，ＡＲＭ

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ＡＲＭ—ｂａｓｅｄ ＣＬＡＳＳ Ｂ ＣＳＴＤＭＡ ｓｔａｎｄａｒｄ ＡＩＳ ｂａｓｅｂａｎｄ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｎｔｒｏ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ

ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＤＳＣ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｌａｓｓ Ｂ ＣＳＴＤＭＡ ｓｔａｎｄａｒｄ ＡＩＳ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｐａｒｓｉｎｇ ＤＳＣ ｃｏｍｍｕｎｉ—

ｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ｆｏｒ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ＤＳＣ ｆｕｎｃｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＲＭ，Ｂ ｔｈｅ ｃｌａｓｓ ＣＳＴＤＭＡ ｓｔａｎｄａｒｄ，ＡＩＳ，ＤＳＣ

船舶自動識別系統(tǒng)ＡＩＳ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ） 為主控制器模塊、外圍擴展模塊、電源模塊、ＧＰＳ模塊以及無線

在艦船飛機之敵友識別器基礎上發(fā)展形成的一種新型船舶航行

收發(fā)模塊。其中主控制器模塊采用飛利浦公司的ＡＲＭ７系列芯

輔助系統(tǒng)…。

片ＬＰＣ２３６８；外圍擴展模塊中的ＥＥＰＲＯＭ用于保存本船信息

ＡＩＳ系統(tǒng)分為ＡＩＳ船臺系統(tǒng)和ＡＩＳ岸臺系統(tǒng)，其中ＡＩＳ船

ＭＭＳＩ號、船舶大小、船舶類型、船舶名稱、呼號等靜態(tài)信息、自

臺系統(tǒng)又分為Ａ類和Ｂ類。Ａ類使用ＳＯＴＤＭＡ（Ｓｅｌｆ—Ｏｒｇａ—

有協(xié)議信息以及２２報文區(qū)域管理信息等重要信息數(shù)據(jù)；ＧＰＳ

ｎｉｚｅｄ Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）協(xié)議，主要應用于３００

模塊能夠提供定位數(shù)據(jù)、船速和ＵＴＣ時間等信息；無線收發(fā)模

噸及以上的國際航行船舶、５００噸及以上的非國際航行貨船；Ｂ 塊中使用芯片ＣＭＸ７０４２進行數(shù)據(jù)的調制和解調，本振電路利

類使用ＣＳＴＤＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃ—

用壓控振蕩器和混頻器來為ＣＭＸ７０４２提供ＡｌＳ信道的載波。

ｃｅｓｓ）協(xié)議，主要以中小型船舶應用為主。船臺和船岸之間的交

互信息分為靜態(tài)信息和動態(tài)信息以及信道管理信息，遵循國際

耶天線

塹駕一ＲＳ２３２，

ＩＩＣ ｒ一——一

＝＝二＝Ｊ ＥＥＰＲＯＭ

電信聯(lián)盟的無線電通訊建議ＩＴＵ—Ｒ Ｍ．１３７１，其中，靜態(tài)信息包

４ 調制解調芯片 ｌＢＩ＿ｓ＿

Ｉ＝＝Ｊ復位電路

ＣＭＸ７０４２ 一

＜ｌ 一

括船名、呼號、ＭＭＳＩ碼、船長、船寬、吃水、船舶類型等，動態(tài)信

ＧＰＳ．￣— ； ■＝

＿＿——｛電源模塊

息包括航向、航速、目的港等 ］。正是這些信息提供了水上交通

’

Ｉ

ＲＳ

Ｉ

ＧＰｓ漠塊 ＝：竺＝

—

２３２廠 囊ｎ一

的當前狀況，了解了船一船之間的相互位置等，為保障航行安全

提供了技術支撐。

圖１ Ｂ類ＣＳＴＤＭＡ制式ＡＩＳ終端的結構框圖

ＤＳＣ是國際無線電咨詢委員會建議的一種用于海上移動

２ ＤＳＣ在Ｂ類ＡＩＳ中的功能實現(xiàn)

業(yè)務的系統(tǒng)，也是船舶在遇險報警和普遍呼叫時通過中高頻波

ＤＳＣ作為ＡＩＳ信道管理信息的輔助傳輸信道，ＡＩＳ基站會

段發(fā)射的一個通用呼叫系統(tǒng)，不僅為船舶提供了岸臺之間無線

主動在信道上發(fā)送格式報文。為了提高效率，基站在ＤＳＣ頻道

電通信功能，又為遇險報警提供了技術平臺［３３。除此之外，為了

發(fā)送報文是有規(guī)定的，除非海事主管部門規(guī)定的監(jiān)測時間表，均

保證當Ａ類／Ｂ類ＡＩＳ終端的Ａ通道和／或Ｂ通道不可用時，

采用默認的監(jiān)測時間表。因此，Ｂ類ＡＩＳ終端可利用時間共享

ＡＩＳ仍能接收信道管理消息，國際電信聯(lián)盟常設機構之一國際

ＴＤＭＡ信道的方法偵聽這些ＤＳＣ報文，并按照ＤＳＣ報文格式

無線電咨詢委員會還建議采用數(shù)字選擇性呼叫ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ

從中提取出信道管理信息，并進一步完成信道設置。

Ｓｅｌｅｅｔｉｖｅ Ｃａｌｌｉｎｇ）的通信功能來完成ＡＩＳ信道管理信息的傳

為了提高傳輸信息的可靠性和糾錯檢錯能力，ＤＳＣ采用了

遞。ＩＴＵ—Ｒ Ｍ．１３７１標準協(xié)議規(guī)定，ＡＩＳ終端可利用ＤＳＣ完成

群計數(shù)碼的編碼格式以及時間分集的抗干擾技術。其中群計數(shù)

ＡＩＳ的信道管理功能，強制Ａ類ＡＩＳ必需配備ＤＳＣ接收機，即

碼的特點是每個字節(jié)由１０個二進制碼元組成，分為信息碼和監(jiān)

必須有ＤＳＣ功能，Ｂ類ＡＩＳ終端的ＤＳＣ接收機是可選配置。

督碼，前７位為信息碼，后３位為監(jiān)督碼，信息碼與正常的二進

本文采用了一種時間共享ＴＤＭＡ信道的方法，交替將兩個

制數(shù)字表達是相反的，最左位為最低數(shù)字位，最右位為最高數(shù)字

ＴＤＭＡ接收機中的空閑一個設置在ＤＳＣ信道上，從而使Ｂ類

位；而時間分集的抗干擾技術則是在兩個時間上發(fā)送同一信息，

ＡＩＳ終端無需配置專用ＤＳＣ接收機也能實現(xiàn)ＤＳＣ接收及信道

以克服中短波信道的傳播過程的脈沖干擾和多徑效應等影響因

管理的功能。

素。ＤＳＣ采用二重時間分集，呼叫序列由第一次發(fā)送的電文和

１ Ｂ類ＡｌＳ ＣＳＴＤＭＡ制式終端的結構框圖

第二次發(fā)送的電文兩部分組成，第一次發(fā)送稱為直接發(fā)送，用

Ｂ類ＣＳＴＤＭＡ制式ＡＩＳ終端的結構框圖如圖１所示。可分

ＤＸ表示，第二次發(fā)送稱為重復發(fā)送，用ＲＸ表示，以ＤＳＣ序列

教育部重點項目（２１２０８７）；福建省科技廳重大項目（２０１１Ｈ６００９）；福建省高校新世紀優(yōu)秀人才支持計劃（ＪＡ１１０３７）；福建省

教育廳項目（ＪＡ１００７８）

《工業(yè)控制計算機｝２０１３年第２６卷第２期 ２１

中的定相序列為例，其具體結構如表１，ＤＸ位置上連續(xù)６字節(jié)

的１２５表示第一次發(fā)送的定相序列，ＲＸ位置上依次８字節(jié)的 確認ＧＰＳ有效后，繼續(xù)確定當前時間與ＤＳＣ監(jiān)控時段的關系。

時段內，這種情況下則認為當前退出ＤＳＣ監(jiān)控時間段。其次，在

由此，當時間進入ＤＳＣ監(jiān)測時間段時，控制切換空閑的

１ １ １—１０４表示第二次發(fā)送的定相序列，定相序列兩次發(fā)送間隔

一

個字節(jié)的時間并且均用于字節(jié)同步，字節(jié)同步是指確定序列 ＴＤＭＡ接收機之一到ＤＳＣ頻段，實現(xiàn)ＤＳＣ報文的接收。同時，

當時間退出ＤＳＣ監(jiān)控時間段時，將已設置成ＤＳＣ頻段的ＴＤ—

ＭＡ接收機切換回ＡＩＳ頻段，恢復ＡＩＳ報文的接收功能。

３ｌ２ ＤＳＣ報文解析

ＤＳＣ報文解析主要經過格式轉換、定相、校驗以及解包幾

個步驟。具體解析流程如圖３所示。

信息的起始位置，定相序列后的Ａ、Ｂ、Ｃ表示之后的其他信息，

這些信息會在ＤＸ和ＲＸ位置上發(fā)送相同兩次 。

表１定相序列結構

ＤＸ ＤＸ ＤＸ ＤＸ ＤＸ ＤＸ Ａ Ｂ Ｃ

１２５ １２５ ｌ２５ ｌ２５ １２５ １２５

Ｒｘ ＲＸ Ｒ）（ Ｒｘ Ｒｘ

ｌ１１ ｌ０９ １０７ ｌ０４

國際電信聯(lián)盟的無線電通訊建議ＩＴＵ－Ｒ Ｍ．８２５和ＩＴＵ－Ｒ

Ｍ．４９３—１１對ＤＳＣ呼叫序列的格式作了具體要求，其格式如表

３—２所示，包括點陣、定相序列、格式符、呼叫地址、類別、自識

別、電文內容、序列結束符以及糾錯檢驗符。

．

表２ ＤＳＣ的序列格式

Ａ Ｉ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ ＤＸ，ＲＸ Ｇ

ＲＸ］字節(jié) Ｒｘ８字節(jié)

點陣 定相序列 格式符｝呼叫地址Ｉ類別 自識別 電文內容 序列結束符 糾錯檢驗符

Ｄｘ６寧節(jié) ２字節(jié)Ｉ ５字節(jié)｛１字節(jié) ５字節(jié) 不定 ＤＸ３字節(jié) ｌ字節(jié)

其中，點陣是一段０和１交替的數(shù)碼，作為呼叫序列的起始

標志，以此來確認ＤＳＣ的呼叫，ＣＭ×７０４２解讀到點陣就會啟動

開始信息接收；定相序列的格式如表１所示，用于完成字節(jié)同

步；格式符用來說明序列的性質，Ｂ類船臺只處理格式符類型為

所有船舶呼叫、單呼和一定海域范圍內呼叫；呼叫地址是用于識

別呼叫的對象；類別是用于說明本數(shù)據(jù)序列的類別，Ｂ類船臺只

處理常規(guī)類別的ＤＳＣ呼叫；自識別指示的是發(fā)射ＤＳＣ序列的

臺站的ＭＭＳｌ碼；電文內容是ＤＳＣ序列的信息部分，包含至多

四組的消息，每組消息由功能代碼、功能擴展符以及擴展符號值

構成；序列結束符用于指示序列的結束，它在ＤＸ位置上由連續(xù)

３字節(jié)十進制數(shù)１２７表示，在ＲＸ位置上由１字節(jié)十進制數(shù)１２７

表示；糾錯檢驗符是對ＤＸ和ＲＸ位置上除點陣和定相序列外的

序列信息的垂直校驗，它位于序列的最后一個字節(jié)［ ］。

通常，Ｂ類終端只接收處理特定報文內容。報文內容的功能

代碼從１００—１２７，在這些功能報文中，代碼１Ｏ４最為重要，它是

船舶交通管理系統(tǒng)（ＶＴＳ）擴展消息，其功能擴展符從００－９９，其

中，擴展符Ｏ１設定發(fā)射機功率、擴展符０９設定信道管理中接收

和發(fā)送的主通道、擴展符１０設定信道管理中接收和發(fā)送的次通

道、擴展符１１設定信道管理中接收的次通道，擴展符１２和１３ 因為終端處于ＤＳＣ偵聽過程，ＭＣＵ在接收到ＣＭＸ７０４２

號分別規(guī)定信道管理區(qū)域和使用墨卡托投射矩形區(qū)域。Ｂ類終 傳送來的信息后，會首先依據(jù)ＤＳＣ報文格式對信息進行格式轉

端只需完成功能代碼為１０４報文中功能擴展符為０１、０９、１０、 換，將原有的１０個二進制碼元轉化為８個二進制碼元，其中最

圖３ ＤＳＣ報文解析流程

１ １、１２和１３的報文解析操作即可［７３ ｏ 高位表示錯誤指示位，后７位仍然表示信息碼，對于指示位錯誤

３ ＤＳＣ應用于Ｂ類ＡＩＳ的軟件設計

３．１ ＤＳＣ偵聽

由于在ＤＳＣ頻

開始

Ｔ

的字節(jié)則認為是無效信息；接著分別對Ｄ×和ＲＸ位置的序列進

行定相處理；定相成功后，便對電文內容進行垂直校驗，垂直校

道發(fā)送報文有嚴格

的時間規(guī)定，因此，

ＤＳＣ偵聽過程與當

前時間休戚相關。具

Ｇ ｓ是否有靛 Ｎ

驗的結果與ＤＳＣ序列中的糾錯檢驗符進行對比，若一致說明該

序列包正確，提取出ＤＳＣ的電文內容，進行后續(xù)的解包處理，若

Ｙ

１ｌＬ———一一

確定當前時間與Ｄｓｃ監(jiān) 當前退，ｍＩｊｑＤＳ ＣＡ測時段 ＇

測時段的關系

Ｔ

不一致說明該序列包不正確，應予以丟棄。

在解包的過程中，首先判斷格式區(qū)分符類型，若是對所有船

舶的呼叫，則繼續(xù)解包。若是單呼（即對個別船臺的呼叫），則只

體偵聽ＤＳＣ流程如 有和本機ＭＭＳＩ號碼一致的呼叫地址數(shù)據(jù)，才繼續(xù)后續(xù)解包處

圖２所示。首先，只

有當ＧＰＳ有效時，

終端才可以獲得準

就無法得知當前時

間，進而無法判斷當

當前進 ｓｃ監(jiān)測時

段內？

Ｎ

Ｎ

Ｙ

肖前退出Ｄｓｅ監(jiān)測，

時段？

、

理，不一致說明不是對本機的呼叫，停止解包。若是群呼（即對一

個特定海域的船只進行呼叫），則本機的位置只有在由呼叫地址

表示的矩形區(qū)域內，才繼續(xù)后續(xù)解包處理，若不在該矩形區(qū)域

Ｔ Ｙ

控制切換空閑的Ｉ＇ＤＭＡ￣

廂幣麗 凄嘆杌訝

確的時間數(shù)據(jù)，否則

收機之一到Ｄｓｃ頻段

｛ ＡＩＳ；頻段

丫

內，停止解包；然后判斷呼叫的類別，若類別為常規(guī)的則繼續(xù)解

包，否則停止解包；最后對報文內容－進行解析，其中只解析功能

代碼為１０４的船舶交通管理系統(tǒng)（ＶＴＳ）擴展消息，提取出信道

（下轉第２４頁）

結束

前是否在ＤＳＣ監(jiān)控

圖２ ＤＳＣ偵聽流程圖

２４ 基于ＣＢＴＣ的車地通信系統(tǒng)研究與分析

（ ’＋ （ｐ－２） ＼，／ ７＋丟＋ Ｖ ） （１７）

稱為ｔｏ的置信度為１一僅的預測區(qū)間。

上述計算過程比較復雜，考慮到節(jié)點的計算能力以及能耗，

做了一些簡化工作。當置信度滿足１一儀＝０．９９６時，查表得到，

ｔ，￣／２ ３。Ｐ＝８時，時間波動不大，置信度可以約等于１，預測區(qū)間

簡化為（Ｔ。一３叮，Ｔ。＋３叮）。盯是盯的無偏估計，進一步簡化為（Ｔ 一

３盯，Ｔ ＋３盯）。假如節(jié)點的接收新的時間數(shù)據(jù)處于預測區(qū)間內，則

Ｑ（ｍ，ｎ）：∑８２，＝∑（Ｔ－ｍｒ，一ｎ） （１０）

認為該數(shù)據(jù)是可靠的，及時刷新線性回歸表，否則丟棄該數(shù)據(jù)采

樣點。該算法復雜度較低，其主要計算因子在時鐘漂移補償中已

經得到了計算，較大程度地避免了復雜的計算，減輕了ＭＣＵ處

理的負荷，降低了節(jié)點的能量開銷，同時有效地濾除了異常數(shù)據(jù)

采樣點，使得時間漂移估計值對時間漂移進行補償取得較精確

的效果。

ＴＯ￣Ｎ（ｍｔ＋ｎ，［吾＋ ） （１１）

３結束語

ＣＢＴＣ的列車控制系統(tǒng)中，列車與地面進行連續(xù)、雙向的通

可以證明千０以及Ｔｏ相互獨立，其中，ｓ ＝藝（卜－ｔ） 。

信，必須考慮到實際通信環(huán)境的地理特征以及通信延時等。本文

就城市軌道交通中常見的矩形隧道和拱形隧道中電磁波傳輸特

性分別展開研究，建立可靠的通信模型；針對經典的雙向時間同

步機制，做出了時鐘漂移補償以及異常數(shù)據(jù)的過濾的改進，有效

一 ：

＇［７＋吾＋ ］ ） （１２）

減小網(wǎng)絡延時，進而保證列車的安全運行。

參考文獻

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４結束語

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［４］劉銳．ＤＳＣ通信協(xié)議研究及在ＤＳＰ應用板上的實現(xiàn)［Ｄ］．大連：大連

前景。本文采用的時間共享ＴＤＭＡ信道的方法還存在不足：其

海事大學，２ｏＯ８：６—１２

雖然可以降低設計成本，但會遺漏被ＤＳＣ占用的時段的ＡＩＳ信

［５］ＩＴＵ—Ｒ Ｍ．８２５—２，用于船只業(yè)務和船一船識別的使用數(shù)字選擇呼叫

道上的信息。如何克服這一問題還有待進一步的研究。ＡＩＳ與多

技術的轉發(fā)器系統(tǒng)的特征［Ｓ］．日內瓦：１９９７

［６］ＩＴＵ—Ｒ Ｍ．４９３—１１，用于海上移動業(yè)務的數(shù)字選擇性呼叫系統(tǒng)［Ｓ］．

種技術緊密結合是一種趨勢，其順應了當前科技智能化、全球化

日內瓦：２００４

和多元化的潮流，也是ＡＩＳ今后發(fā)展的方向。

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參考文獻

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