В ГМССБ задействуются спутниковые и наземные системы связи.

Спутниковые системы:

• ИНМАРСАТ, основанная на использовании геостационарных спутников и работающая в диапазонах частот 1,5 и 1,6ГГц. Она обеспечивает оповещение о бедствии, передаваемое судном, с использованием судовой земной станции (СЗС) или спутникового аварийного радиобуя (АРБ) типа ИНМАРСАТ-Е и возможность двухсторонней связи с абонентом;
• КОСПАС-САРСАТ, основанная на использовании низкоорбитальных спутников на околополярной орбите и работающая в диапазоне частот 406,0-406,1 МГц. Система обеспечивает оповещение о бедствии и определение местоположения спутниковых АРБ по доплеровскому сдвигу частоты.

Наземные системы связи, использующие традиционные средства радиосвязи, в диапазонах УКВ, ПВ/КВ и СВ диапазонах:

• морская подвижная служба в полосе частот 156-174 МГц (УКВ диапазон), обеспечивающая оповещение о бедствии в режиме цифрового избирательного вызова (ЦИВ) и связь в режиме телефонии на ближних расстояниях;
• морская подвижная служба в полосе частот 4 - 27,5 МГц (КВ диапазон), обеспечивающая оповещение о бедствии в режиме ЦИВ и связь в режимах телефонии и буквопечатания на дальних расстояниях;
• морская подвижная служба в полосе частот 1605 - 4000 кГц (ПВ диапазон), обеспечивающая оповещение о бедствии в режиме ЦИВ и связь в режимах телефонии и буквопечатания на средних расстояниях.

Наземная радиосвязь осуществляется с помощью цифрового избирательного вызова, радиотелефонии и радиотелекса. В настоящей главе рассмотрены технические вопросы реализации ЦИВ и радиотелекса.

В морской подвижной спутниковой службе радиосвязь осуществляется через космические станции-спутники.

Цифровой избирательный вызов

Общие сведения

Цифровой избирательный вызов (ЦИВ) (Digital Selective Calling - DSC) представляет собой способ связи, использующий цифровые коды. ЦИВ обеспечивает передачу ограниченного числа формализованных сообщений, передаваемых в закодированном виде с помощью двоичных сигналов в ПВ, КВ и УКВ диапазонах. Система ЦИВ является составной частью ГМССБ и используется для:

• оповещения о бедствии, подтверждения вызова бедствия и ретрансляции вызова бедствия;
• извещения судов о предстоящей передаче сообщений срочности, жизненно важных навигационных сообщений;
• опроса терминалов судов (полинг), снятия координат судна;
• установления служебной связи на рабочем канале;
• соединения через береговую станцию в автоматической или полуавтоматической службе с береговой телефонной сетью.

В ГМССБ все виды наземной радиосвязи, как правило, начинаются с цифрового избирательного вызова. В случае бедствия станция делает первоначально ЦИВ бедствия. Вызов бедствия нормально подтверждается береговой станцией в течение трех минут также в режиме ЦИВ. Тогда судно, получившее подтверждение от береговой станции, имеет полную уверенность, что радиосвязь в обоих направлениях судно-берег и берег-судно возможна. После получения подтверждения судно, терпящее бедствие, передает само сообщение бедствия на соответствующей рабочей телефонной или телексной частоте бедствия. Эта процедура иллюстрируется рис.3.1.

Вызов бедствия передается блоками с повторами по пять вызывных последовательностей в каждом блоке. Каждый блок автоматически передается со случайной задержкой в интервале 3,5 - 4,5 минуты. Случайная задержка принята для снижения вероятности наложения друг на друга двух вызовов и их взаимного подавления.

Для обычных вызовов, не связанных с бедствием, срочностью и безопасностью, делается первоначально индивидуальный ЦИВ с предложением вида связи и рабочей частоты (канала в УКВ) для установления связи в направлении судно-судно и с указанием своих координат при вызове береговой станции. Например, (см рис. 3.2) судно А делает вызов с указанием последующего вида связи (телефон, телекс) и рабочей частоты в адрес судна В. Судно В подтверждает вызов также посредством ЦИВ. Далее судовые станции продолжают радиообмен на согласованном рабочем канале.

При вызове береговых станций в формате вызова должны указываться координаты судна. Рабочую частоту назначает в своем подтверждении береговая станция.

Для обычных вызовов следует использовать коммерческие вызывные частоты и рабочие частоты, которые выделены судовой станции для работы в режимах радиотелефонии и радиотелекса.

Использование частот бедствия для обычных вызовов запрещено.

Технический формат ЦИВ

Технический формат вызывной последовательности в системе ЦИВ включает в себя следующие составные части:

• Последовательность точек.
• Фазирующую последовательность.
• Определитель формата.
• Адрес.
• Категорию.
• Самоидентификатор.
• Сообщения.
• Конец последовательности.

Вся информация в вызывной последовательности кодируется с помощью 128 символов. Принцип кодировки символов пояснен ниже.

Вызов начинается с передачи последовательности точек. Последовательность точек обеспечивает условия для дальнейшего правильного приема и декодирования вызова. При поступлении последовательности точек на вход приемника последний прекращает сканирование частот и продолжает прием вызова. Передача последовательности точек позволяет использовать на судне один сканирующий приемник для наблюдения на одной частоте ПВ и пяти частотах КВ диапазона. Приемник сканирует все 6 частот за 2 секунды. Длительность последовательности точек в ПВ/КВ диапазоне для вызовов бедствия, подтверждения и ретрансляции вызовов бедствия, а также всех вызывных последовательностей в направлении берег-судно составляет 200 бит (т.е.2 сек); длительность последовательности точек в ПВ/КВ диапазоне для всех подтверждающих последовательностей (кроме подтверждения вызова бедствия) и в УКВ диапазоне для всех вызовов составляет 20 бит.

Фазирующая последовательность предназначена для установления правильной тактовой синхронизации в приемнике и однозначного определения позиции знаков внутри вызывной последовательности. В качестве фазирующей последовательности передаются 6 DX символов № 125 и 8 RX символов (№№ 111 - 104).

Определитель формата характеризует тип вызывной последовательности. Имеются следующие определители формата:

• бедствие (символ №112);
• всем судам (символ №116);
• групповой вызов судов (символ №114);
• вызов судов в заданном географическом районе (символ №102);
• избирательный вызов индивидуальной станции (символ №120);
• избирательный вызов индивидуальной станции в полуавтоматической /автоматической службе (символ №123).

Адрес. Вызовы "бедствие" и "всем судам" не имеют адреса, так как они адресованы непосредственно всем судовым и береговым станциям. Для избирательного вызова, адресованного конкретному судну, береговой станции или группе станций, в качестве адреса используется идентификатор морской подвижной службы (ИМПС, MMSI), присвоенный вызываемой станции (группе станций).

В соответствии с Регламентом Радиосвязи ИМПС представляет собой серию из девяти цифр, которые передаются по радио с целью однозначного опознавания судовых и береговых станций и групповых вызовов.

ИМПС судовой станции имеет следующий вид:

MIDXXXXXX,

где: MID- три цифры, обозначающие код страны, под флагом которой плавает судно (код Украины - 272); ХХХХХХ - номер, присвоенный судну (X - любая цифра от 0 до 9). При этом ИМПС с тремя замыкающими нулями рекомендуется присваивать судовой станции, которой потребуется опознаватель для автоматического доступа к коммутируемым сетям общего пользования на всемирной основе.

ИМПС группового вызова судовых станций имеет вид:

0MIDXXXXX,

где первая цифра является нулем, MID обозначает код страны, присвоившей ИМПС группового вызова судовых станций, а ХХХХХ - номер, присвоенный группе судов.

ИМПС береговой станции имеет вид:

00MIDXXXX,

где первые две цифры являются нулями, MID обозначает код страны, в которой расположена береговая станция.

Некоторые производители модемов ЦИВ для удобства оператора обеспечивают возможность ввода вместо ИМПС названия вызываемой станции (если оно предварительно заведено вместе с ИМПС в адресную книгу модема ЦИВ).

Для избирательного вызова судов в заданном географическом районе адрес формируется на основе географических координат. Заданный географический район должен быть прямоугольником в проекции Меркатора. Точкой отсчета является левый верхний угол прямоугольника. Задаются координаты этой точки: широта в десятках и единицах градусов и буква N или S, долгота в сотнях, десятках и единицах градусов и буква Е или W, а также задаются приращения вправо и вниз в десятках и единицах градусов.

Категория определяет степень приоритета вызывной последовательности. Для задания категории используется один символ, а именно: бедствие - символ 112, срочность - символ 110, безопасность - символ 108, служебный - символ 106, обычный - символ 100.

В качестве самоидентификатора используется ИМПС, присвоенный вызывающему судну. ИМПС вводится в память модема ЦИВ при его установке. При наборе вызывной последовательности он включается в формат автоматически и не требует ручного ввода.

Сообщения. В вызывной последовательности, в зависимости от определителя формата, может быть до четырех сообщений.

Вызов "бедствие" включает четыре сообщения, располагающихся в следующем порядке:

-Сообщение 1 содержит характер бедствия; оператор при наборе формата выбирает один из следующих пунктов:

• пожар, взрыв (символ 100);
• затопление (101);
• столкновение (102);
• посадка на мель (103);
• крен, опасность опрокидывания (104);
• погружение (105);
• потеря управления и дрейф (106);
• необозначенное бедствие (107);
• покидание судна (108);
• нападение пиратов;
• человек за бортом;
• излучение АРБ (112) (выбирается автоматически при срабатывании УКВ АРБ).

Сообщение 2 содержит координаты судна, терпящего бедствие;

Сообщение 3 содержит время взятия координат; время задается в часах и минутах;

Сообщение 4 указывает вид связи, который судно, находящееся в бедствии, предпочитает для последующего обмена сообщениями о бедствии (телефония, телекс и т.д.). Вид связи выбирается оператором.

Вызовы, отличные от вызова бедствия, стандартно содержат два сообщения в следующем порядке:

Сообщение 1 является информацией "телеуправления" (режим работы на рабочей частоте, причина невозможности организации рабочего канала и т.п.) и состоит из двух символов. Первый символ (телекоманда 1) определяет режим последующей связи, выбираемый оператором из меню ЦИВ модема. Второй символ (телекоманда 2) зависит от первого символа.

Сообщение 2 содержит информацию о рабочей частоте или канале (частота или канал передачи, частота или канал приема).

При использовании ЦИВ для установления связи по инициативе судовых станций, запрашивающих автоматическое или полуавтоматическое соединение, за сообщением 2 следует сообщение 3, которое содержит номер коммутируемой сети общественного пользования (например, номер телефона).

Конец последовательности. Данный сигнал может быть трех видов:

• RQ - вызов, требующий подтверждения (символ 117);
• BQ - ответ на вызов, требующий подтверждения (122);
• EOS - для всех прочих вызовов (127).

Проверочная сумма (один символ) используется для контроля правильности приема вызова.

Формат обычного ЦИВ представлен ниже.

Кодирование информации (для радиоэлектроников)

В ЦИВ используется десятиэлементный двоичный код с обнаружением ошибок. Первые семь бит являются информационными, три следующих бита - проверочными. Для передачи информации, таким образом, может быть использовано 2⁷=128 кодовых комбинаций, которые нумеруются с номера 00 по 127. Кодирование символов двоичными знаками представлено в таблице.

Первые семь двоичных разрядов являются информационными. Они образуются по номеру передаваемого символа. Двоичное число, которое записано в этих разрядах, есть представление номера символа двоичным кодом. Первый разряд считается младшим. Проверочные три разряда представляют собой число нулей информационной части, записанное в двоичном виде.

Необходимость введения проверочных разрядов вызвано возможными ошибками в канале передачи. Ошибки проявляются в замене на приемной стороне нулей на единицы и наоборот. Если не принимать специальных мер для обнаружения и исправления ошибок, то сообщение будет выдано оператору в искаженном виде. Поэтому для обнаружения возможных ошибок информационная часть символа сопровождается дополнительными проверочными разрядами.

Принятый здесь метод обнаружения ошибок более эффективен, нежели проверка по четности. В отличие от проверок по четности такой метод формирования проверочных разрядов позволяет обнаружить не только одиночные ошибки, но также и ошибки большей кратности. В реальном канале двоичные символы имеют тенденцию искажаться в одну сторону, т. е. нули заменяются на единицы или, наоборот, единицы заменяются на нули. Причем также характерно группирование ошибок в пакеты, что вызывается замираниями в канале связи и импульсными помехами.

Примененный здесь код позволяет только обнаружить возможные ошибки. Коррекция ошибок достигается благодаря дублированию каждого символа, т.е. каждый символ передается дважды. Для защиты от импульсных помех, поражающих рядом стоящие символы, предусматривается временной разнос между повторяемыми символами, равный длительности передачи четырех символов. В ПВ/КВ диапазоне этот разнос составляет 400 мс, а в УКВ диапазоне - 33,3 мс.

Символы, которые передаются первыми, условно обозначены как DX, а повторяемые символы - как RX. Передаваемая последовательность, которая соответствует типовому формату ЦИВ, приведена на рис. 3.3.

На рисунке обозначены:

• A1, А2 - символы определителя формата;
• В1, В2, ВЗ, В4, В5 - символы адреса вызываемой станции;
• С - символ категории вызова;
• D1, D2, D3, D4, D5 - символы собственного идентификатора;
• E1, Е2 - телекоманда управления (класс излучения для последующей связи);
• F1, F2, F3, G1, G2, G3 - рабочая частота или канал;
• Н - конец последовательности;
• I - проверочная сумма.

При воздействии кратковременной помехи могут быть искажены смежные символы. На рис.3.3 для примера символы, принятые с ошибкой, обведены. Однако благодаря временному разносу символов на приемной стороне информация все равно может быть правильно восстановлена. Достаточно, чтобы хотя бы один из символов DX-последовательности или ее копии - RX-последовательности был принят правильно.

В системе ЦИВ ПВ/КВ диапазоне используются классы излучений F1B/J2B при скорости передачи 100 Бод. Продолжительность единичного вызова в ПВ/КВ диапазоне составляет 6,2-7,2 секунды.

В УКВ диапазоне применяется класс G2B. Скорость передачи символов в канале составляет 1200 Бод. Продолжительность единичного вызова в УКВ диапазоне составляет 0,45-0,63 секунды.

Радиотелекс

Общие принципы

Радиотелексная связь используется в ГМССБ в диапазонах средних, промежуточных и коротких волн. В сравнении с радиотелефоном несомненным преимуществом радиотелекса является возможность документирования сообщений и сохранение их на бумаге и магнитных носителях в виде текстовых файлов информации. Особенно преимущества радиотелекса проявляются в коротковолновом диапазоне, когда радиотелефонная связь является неустойчивой из-за различных помех и особенностей прохождения радиоволн. В радиотелексе же влияние этих помех может быть практически сведено к минимуму и раздражающие замирания, пропадания связи, характерные для радиотелефона, не заметны для оператора при радиотелексной связи. Это достигается применением специальных методов кодирования информации, позволяющих обнаруживать и исправлять ошибки.

В настоящее время в морской радиосвязи в составе аппаратуры ГМССБ применяется новая аппаратура узкополосной буквопечатающей телеграфии (УБПЧ) с использованием усовершенствованных методов кодирования информации. В соответствии с требованиями МККР в радиотелексе для кодировки передаваемых символов применяется 7-элементный синхронный код с постоянным отношением числа "единиц" к числу "нулей" равным 3/4.

Каждый передаваемый символ представляется семью двоичными цифрами - битами, причем используются только комбинации с тремя "единицами" и четырьмя "нулями". Такой код в теории кодирования называется кодом с постоянным весом, равным трем. Общее число кодовых комбинаций, имеющих вес 3, равно числу перестановок из трех 1 и четырех 0, что по формуле комбинаторики дает:

Этих 35 комбинаций достаточно для представления всех 32-х символов международного телеграфного кода МТК-2. Код с отношением 3/4 не требует стартового и стоповых битов, т.к. является синхронным. Не требуется также дополнительный бит проверки на четность для обнаружения ошибок.

Для обнаружения ошибок при приеме для каждой кодовой комбинации подсчитывается ее вес, т. е. число единиц. Если вес принятой кодовой комбинации равен трем или, что то же самое, - отношение числа единиц к числу нулей равно 3/4, то считается, что кодовая комбинация принята правильно. В противном случае полагается, что произошла ошибка. Такой код позволяет обнаружить все одиночные ошибки (типа замен 1 на 0 и наоборот) и большинство ошибок большей кратности, для которых нарушается вес кодовой комбинации.

В реальных цифровых каналах ошибки имеют тенденцию к группированию в пакеты, а также внутри одного пакета искажения происходят в одну сторону - нули заменяются на единицы или наоборот. Для таких асимметричных каналов связи ошибки обнаруживаются практически всегда. Не обнаруженные ошибки, при которых отношение 3/4 сохраняется, практически очень редки.

Для исправления обнаруженных ошибок в радиотелексе приняты следующие меры:

1) активный метод путем повторения символов, принятых с ошибкой (режим ARQ);

2) передача каждого символа дважды с разносом через четыре символа (точно также, как и в цифровом избирательном вызове) без какого-либо перезапроса передачи ошибочного блока (режим FEC).

Процесс поблочной передачи, проверки и повтора передач искаженных блоков происходит автоматически, практически незаметно для оператора.

После передачи сообщения в одну сторону станции могут поменяться ролями и передача будет осуществляться в обратном направлении.

Данный режим характеризуется следующими особенностями:

• практически гарантируется безошибочная передача сообщений, если только связь вообще возможна,
• связь возможна только между двумя станциями,
• обеспечивается защита от несанкционированного приема телекса,
• ведомая станция должна использовать передатчик, поэтому работа в порту даже только на прием сообщения в режиме ARQ запрещена.

Здесь X - любые предшествующие символы; Y - любые последующие символы.

Также как и в ЦИВ, в радиотелексе для повышения достоверности передачи информации в режиме FEC повторяется дважды с временным разносом через четыре символа. Интервал между копиями одного и того же символа составляет 280 мс при скорости передачи 100 Бод. Если в канале появляется кратковременная помеха, то она не "накрывает" обе копии сразу. На приемной стороне достаточно правильно принять только одну из копий символа, т.е. из DX или RX- последовательности и тогда символ будет считаться принятым верно. Обнаружение ошибок внутри каждого символа осуществляется по отношению числа единиц к числу нулей, которое должно быть равно 3/4. Если для одной из копий отношение 3/4 сохраняется, а в другой нарушено, то правильным символом считается тот, который имеет данное соотношение. Если отношение 3/4 не выполняется ни для одной из копий (или выполняется для обоих копий, но символы различны), то декодирующее устройство отказывается от принятия какого-либо решения и на печать выводится звездочка или знак подчеркивания.

Исправление ошибок, или более точно выбор правильного символа из двух возможных вариантов осуществляется непосредственно на приемной стороне. Этим и объясняется название данного метода.

Режим FEC характеризуется следующими особенностями:

• сообщение адресуется одновременно всем станциям, которые могут его принимать;
• принимающая станция работает с выключенным передатчиком;
• подтверждение в приеме сообщения отсутствует;
• нет активного исправления ошибок;
• нет защиты от неразрешенного приема сообщений.

Режим FEC используется, как правило, для циркулярных передач всем станциям и используется для телексных передач с приоритетами бедствия, срочности и безопасности. В этом режиме работает также система НА-ВТЕКС и береговые станции, ведущие передачу информации по безопасности мореплавания в коротковолновом диапазоне.

В режиме FEC возможна также передача одной конкретной станции (FEC selective). В этом случае передается сначала избирательный номер принимающей станции. Только станция, опознавшая свой номер, примет сообщение. Все другие станции проигнорируют его. Режим FEC selective является идеальным способом для передачи телекса судам, которые стоят в порту и не имеют права включать свой передатчик.

При работе в радиотелексе следует иметь ввиду важную особенность. Передающая станция в режиме FEC всегда находится в состоянии излучения. Даже когда вся информационная последовательность будет передана, станция начинает передавать служебные символы. Поэтому в паузах, когда информация не передается, антенна телексной установки продолжает излучать на полной мощности. Для прекращения передачи следует выполнить команду END, тогда станция передает три специальных символа и переключается в Standby. Радиоизлучение прекращается. Если вовремя не выключить передачу, то станция будет создавать помехи на данной частоте для других станций. Прием в этих условиях также невозможен.

Принимающая станция должна подготовиться к приему до начала передачи. Если включиться на прием после начала передачи, то принять что-либо будет уже невозможно.

Радиотелексная связь в случаях бедствия, срочности, безопасности

Для передач по радиотелексу с приоритетами бедствия, срочности и безопасности должны использоваться телексные частоты бедствия и безопасности (кГц): 2174,5 4177,5 6268 8376,5 12520 16695.

Процедура передачи сообщений с высшим приоритетом по радиотелексу иллюстрируется рис.3.4 Сначала судно, терпящее бедствие, делает с помощью ЦИВ вызов бедствия с указанием последующего вида связи F1B/J2B (teleprinter). Береговая станция должна в течение трех минут подтвердить этот вызов также с помощью ЦИВ. После этого есть гарантия, что телексное сообщение бедствия будет принято береговой станцией. Судно на телексной частоте в том же частотном поддиапазоне, где принято подтверждение, передает способом FEC collective сообщение бедствия.

Дальнейшая телексная связь по бедствию может осуществляться с помощью FEC, так и посредством ARQ, где это целесообразно.

Телексные сообщения срочности и безопасности также должны предваряться вызовом с помощью ЦИВ и указанием вида связи F1B/J2B FEC. Вызовы срочности и безопасности не подтверждаются. После некоторой паузы в 2-3 минуты (для того, чтобы все станции, принявшие вызов, смогли подготовиться к приему телексного сообщения) судно способом FEC в том же частотном поддиапазоне передает само сообщение.

Телексные номера и автоответы

Каждой судовой станции, работающей в режиме УБПЧ, присваивается пятизначный телексный номер или девятизначный идентификатор морской подвижной службы (ИМПС). Береговые станции имеют четырехзначный телексный номер или девятизначный ИМПС.

Автоответ судовой станции включает в себя:

• телексный номер избирательного вызова,
• позывной сигнал судовой радиостанции,
• английскую букву X, указывающую, что станция является морской подвижной станцией. Пример автоответа судовой станции: 53248 UEUA X

Автоответ телексного абонента береговой сети состоит из:

• телексного номера абонента;
• короткого слова или группы букв, обозначающей название компании;
• определителя страны (английская буква/буквы).

Пример автоответа телексного абонента береговой сети: 69789 SPRAD DK (фирма S.P.Radio, Дания).

Литература

Глобальная морская система связи для безопасности мореплавания ГМССБ (GMDSS) - А.В. Шишкин, В.И. Купровский, В.М. Кошевой [2007]

• Радиооборудование ГМССБ
• ГМССБ. Автоматическая идентификационная система (АИС)
• ГМССБ. Спутниковая система ИНМАРСАТ
• ГМССБ. Спутниковая система КОСПАС-SARSAT
• ГМССБ. Принципы морской радиосвязи