悲伤的八宝粥，xwdzxc，风中的向日葵
(上海海事大学商船学院，上海201306 )。
通过分析《ITU-R M.2092-0建议书》的地面部分通信技术特性和《ITU-R M.1842-1建议书》附件4的系统性能，得出以下结论：水上宽带甚高频无线通信系统作为GMDSS现代化发展的重点，在达到307.2 kb/s传输速度的条件下，发射机的信噪比至少为7 . 通过选择适当的发射机、接收机的天线高度，可以实现宽带VHF信号25海里的复盖范围； 随着接收器的差错率、信道容量的增加而增加，在阶数为16的情况下，即16QAM可以是满足低差错率、高信道容量的最佳选择。
宽带非常高频； 通道容量； 传输距离； 错误率
TN929.5； U675.75
文献识别码： a
10.16157/j.ISSN.0258-7998.2016.11.024
中文引用格式：爱心小熊猫，xwdzxc，风中向日葵.水上宽带甚高频(B-VHF )无线通信系统性能分析[J] .电子技术应用，2016，42 (11 ):92-94，98。
英文引用格式： Liu Xia，Jin Dongri，huqinyou.performancealysisofb-vhfwirelesscommunicationsystem [ j ] .应用程序办公系统
0引言
随着我国海运和港口物流事业的迅速发展，数据通信正在成为支撑现代航运业的重要通信手段，甚高频(VHF )带是沿海和内河航运的通信带[1]。 工作频率范围为156~174 MHz的传统VHF通信技术作为近距离海上通信的主要手段，起着很大的作用，可用于专用的遇险呼叫、DSC通信和AIS通信，发射功率不超过50 W。 目前，中国沿海有VHF岸台210座，其中有14个操作中心。 但是，传统的VHF系统存在带宽窄、通信容量小等缺点，无法满足日益增长的现代通信业务的需要[2]。
GMDSS复审与现代化是国际海事组织(IMO )制定的未来海事通信重点发展内容之一，甚高频数据交换系统) VDES )是其主要研究方向，一些国家已经开展了VHF海上数据通信试验(3)。 新一代水上宽带甚高频通信系统(Broadband Very High Frequency，B-VHF ) )将为海上信息交换带来新的革命，有力地保障海运安全。 本文旨在验证和分析新一代水上宽带VHF通信系统能够实现的性能。
1水上宽带甚高频(B-VHF )通信系统
2008年初，国际电联(ITU )正式发布了水上VHF频段无线数字通信新技术的研究成果ITU-R M.1842号技术建议书《水上移动业务频道交换数据和电子邮件的VHF无线电系统和设备的特性》，为VHF频段水上移动业务数字系统的开发提供了指导[4]。 2015年10月，国际电信联盟发布了《水上移动频段内的VHF数据交换系统的技术特性》，即《ITU-R M.2092-0建议书》 [5]，根据业务类型的不同，分为VDES的应用特定消息、VDES的地面部分通信、VDES的卫星下行链路三个方面的技术特性要求和建议。 由于目前技术条件的限制和AIS数字通道面临的压力，地面VDES计划首先实施，比获得卫星设备资源之前还要早。 通过运用现代高速宽带数字通信的技术，如图1所示，能够提供高速且具有更宽的运用前景的高速VHF通信系统。
综合《ITU-R M.2092-0建议书》的地面部分通信技术特性和《ITU-R M.1842-1建议书》附件4的要求，可用于水上移动业务数据和电子邮件交换的宽带VHF无线系统特性如下。
)1)发射类别应为100K0F1DDN。
2 )频带应满足《无线电规则》(RR )附录18脚注)中规定的相邻两个信道的100 kHz信道要求，每信道带宽为25 kHz。
3 )如ETSI标准en300392-2v.3.2.1 ) 2007-09年)中所述，系统在100 kHz频带内应该包含32个功率相等的子载波频率，各子载波频率为16-QAM
本文按照上述水上B-VHF无线系统的特性要求，分析信道容量与发射机的信噪比的关系、影响VHF信号传输距离的因素、以及误码率与接收机的信噪比的关系。 2水上B-VHF通信系统性能分析
2.1通道容量
在评价无线信道时，信道容量是最重要的性能指标之一。 信道容量表示在给定的信噪比和带宽的条件下，某一信道能够可靠传输的信息速率的极限。 根据香农的噪声信道编码定理，只有在系统传输速度小于信道容量的前提下，才能实现无失真的传输。 根据香农的公式，连续通道的通道容量如下。
其中c表示信道容量(比特/秒)，n表示信道的加性高斯白噪声功率，s表示信号的功率，=信噪比。 式(1)表示单位时间内传输的信息量的理论最大值。
《ITU-R M.1842-1建议书》附件4确立的水上B-VHF通信系统的信道容量，即传输速率为307.2 kbit/
s，信道带宽为100 kHz，由此可得达到理论最大信道容量需要的无线信道的信噪比为：2.2 传输距离
传播路径损耗是决定无线电波传输距离的主要因素。考虑到水上甚高频无线电波的频率范围是157~174 MHz、海岸电台天线高度为20 m~60 m、船舶电台天线高度为2 m~5 m，相当于工作在大蜂窝基站覆盖开阔区域。因此本文选择适用于基站天线高度高于其周围建筑物、信号频率范围150~1 500 MHz 、基站天线高度为30 m~200 m、移动台天线高度为1 m~10 m、收发天线间距离为1 km~20 km的Okumura—Hata模型，作为预测水上VHF频段无线电波的传播路径损耗模型。由于水上甚高频无线通信系统的工作环境在开阔水域区域，因此本文采用开阔水域的Okumura—Hata模型[6]，则该模型的传播路径损耗公式为：
2.3 误码率
最小距离d是表征系统抗误码率性能强弱的重要参数[7]，d与抗误码率能力成正比例关系，即最小距离越大，误码率越低。在宽带甚高频通信系统中，发射机采用正交幅度调制(QAM)。不同阶数(M)的正交幅度调制(MQAM)采用星座图表示，最小距离表示为：
由式(5)可以看出，随着阶数M的增加，虽然可以增加信息的传输速率，但是最小距离逐渐减少，抗误码性能下降，噪声容限随之减少，即误码率要求逐渐难以保证。在宽带甚高频通信系统中，发射机采用MQAM调制方式，在加性高斯白噪声信道中传输，接收机采用相干解调，则信号的平均误码率为：
其中，E表示传输信号的平均能量，E/N0表示接收机信噪比。
3 仿真分析
本文根据《ITU-R M.2092-0建议书》的地面部分通信技术特性和《ITU-R M.1842-1建议书》附件4的相关技术参数建立的宽带水上VHF无线通信系统，分析了系统中信道容量与输入信噪比的关系、通信传输距离与收发天线高度的关系、信号差错概率与接收机信噪比的关系。
3.1 信道容量
图2表明，当输入信噪比较小时，信道容量与输入信噪比成正比关系；当信道条件较好时，即输入信噪比较大时，信道容量达到饱和状态，此时信道容量不受输入信噪比的影响。
此外可以看到，当输入信噪比为7.41左右时，采用4QAM和8QAM调制方式的发射机几乎达到信道容量的最大值，采用16QAM和32QAM调制方式的发射机处于较高的信道容量阶段，而采用64QAM调制方式的发射机还有较多的空余信道容量。可见，水上B-VHF通信系统采用16QAM调制达到307.2 kb/s的空中信道速率，能够适应实际通信条件，具有较高的信道利用率。
3.2 路径损耗
根据国际电信联盟对水上VHF移动通信系统分配的频段，水上B-VHF通信系统使用频段157.200 MHz~ 157.300 MHz，本文性能分析中选取工作频率157 MHz。首先研究传输路径损耗与发射天线、接收天线的关系，选取通信方向为岸上基站发射、船上基站接收信号，船站与岸站之间的距离为20 km。
当船站接收天线为3 m时，由图3可以看出，随着岸站发射天线的不断增高，传输路径损耗单调下降。同样，当岸站发射天线为34 m时，由图4可以看出，随着船站接收天线的不断增高，传输路径损耗单调下降。当实际通信环境、工作频率、最大通信距离确定时，可根据路径损耗的估算值选取岸站天线、船站天线的恰当高度。
在分析传输路径损耗与传输距离的关系中，同样选取工作频率157 MHz，通信方向为岸上基站发射、船上基站接收信号，岸站发射天线为34 m，船站接收天线为3 m。由图5可以看出，传输路径损耗随着传输距离的不断增加而增大；达到水上甚高频电波要求覆盖的最大距离25海里（约45 km）时，路径损耗大约是105 dB。
3.3 接收机误码率
由图6直观地看出，不同阶数(M)的QAM接收机随着接收机信噪比的增加，误码率非线性下降；而随着M的增大，最小距离d不断减小，接收机误码率有一定的增加；但在接收机信噪比小于10时，不同阶数QAM接收机的误码率差别不明显。因此采用16-QAM调制的水上B-VHF通信系统在实际信道环境下，能够满足较高的误码率要求，同时保证较高的数据传输速率。
4 结论
水上宽带VHF数据通信技术能够提供强大的通信传输功能，从而提高海上通信、执法、搜救的能力。本文通过对水上B-VHF无线通信系统的通信容量、通信距离、误码率的分析得出，传输容量、传输距离以及系统误码率三者之间相互矛盾，所以选择调制方式时要综合考虑，根据系统的具体要求来取舍，由此设计出合理的通信系统。因此水上B-VHF无线通信系统按照《ITU-R M.2092-0建议书》的地面部分通信技术特性和《ITU-R M.1842-1建议书》附件4给出的技术参数来实现，可以满足水上甚高频数据传输的有效性和可靠性。
参考文献
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[5] ITU-R M.2092-0建议书(10/2015)：VHF水上移动频段内的VHF数据交换系统的技术特性[R]．2015.
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