VDES

VDES（VHF Data Exchange System，甚高頻數據交換系統）是針對水上移動業務領域中的船舶自動識別系統（AIS）加強和升級版系統，於國際電信聯盟的2012年世界無線電通信（WRC-12）大會後提出，並2015年世界無線電通信大會（WRC—15）上，162個成員國及136個國際組織和團體共同審議確定的。VDES在集成了現有AIS功能的基礎上，增加了特殊套用報文（ASM）和寬頻甚高頻數據交換（VDE）功能，可以有效緩解現有AIS數據通信的壓力，為保護船舶航行安全提供有效的輔助手段，同時也將全面提升水上數據通信的能力和頻率使用效率，對推動水上無線電數字通信產業發展有重要意義。

基本介紹

• 中文名：甚高頻數據交換系統
• 外文名：VHF Data Exchange System
• 領域：水上無線電通信
• 所屬組織：ITU

簡介

VDES（VHF Data Exchange System，甚高頻數據交換系統）是針對水上移動業務領域中的船舶自動識別系統（AIS）加強和升級版系統，於國際電信聯盟的2012年世界無線電通信（WRC-12）大會後提出，並2015年世界無線電通信大會（WRC—15）上，162個成員國及136個國際組織和團體共同審議確定的。VDES在集成了現有AIS功能的基礎上，增加了特殊套用報文（ASM）和寬頻甚高頻數據交換（VDE）功能，可以有效緩解現有AIS數據通信的壓力，為保護船舶航行安全提供有效的輔助手段，同時也將全面提升水上數據通信的能力和頻率使用效率，對推動水上無線電數字通信產業發展有重要意義。

背景

困境

船舶自動識別系統（AIS）誕生於上世紀90年代，在船舶大型化、高速化發展，及船舶數量、水域交通密度、危險貨物裝載量不斷增加的趨勢下，它的出現滿足了船舶間以及船岸間與日俱增的信息通信需求。作為最先引入船舶的無線電通信數位技術，AIS曾拉開了水上通信數位化的序幕：

安裝了AIS，船舶能夠在水上甚高頻（VHF）頻段自動向岸台和周圍船舶傳送本船的位置和航行狀態信息；可以接收其他船舶發來的信息，對周圍的船隻進行識別，避免碰撞；還可支持低速的數據傳輸業務，實現船舶之間以及船舶、岸台之間的信息通信。可以說，AIS使船舶導航系統套用及安全通信邁上了新台階。

然而，隨著近年來水上數據通信需求的不斷提升，原本以實現船舶相互識別和避免碰撞為主要目標的AIS，卻逐漸承擔起了船岸數據通信的任務。AIS系統在VHF頻段通信需求的增加導致AIS系統的可使用頻段內已經非常擁擠，在許多繁忙港口已經達到對頻段50%以上的占用率，國際航標組織（IALA）提出當AIS數據鏈路負載超過50%時，將會導致信息阻塞等嚴重問題的發生，影響航行安全。對於2012年12月18日美國墨西哥北部灣的24小時數據顯示：AIS鏈路負載高達64%，導致69%的重要信息丟失。這些事實都表明非常有必要提供額外的頻段供AIS系統使用。此外，對數據交換需求的提高也是需要升級AIS系統的重要因素。

突圍

正是在此背景下，VDES進入了研究者的視野。VDES集成了AIS、特殊套用報文（ASM）和寬頻甚高頻數據交換（VDE）三項功能，其突出特點是，能在保護現有AIS功能的基礎上，通過引入ASM和VDE全面強化船舶通信的數據傳輸能力。不僅如此，VDES系統還在設計之初就考慮了地面與衛星兩大系統，在系統設計和兼容性分析等多個角度做了大量技術研究工作，不僅能滿足當前地面船—船、船—岸之間的數據交換，大大增強現有水上無線電信息通信能力，還將能夠在技術和頻譜資源方面，為未來進一步實現衛星與船舶之間的遠程雙向數據交換預留空間。

VDES有三個方面的顯著變化：首先，系統對船舶位置報告和安全性相關信息給予最高優先權，辟專用頻段保障信息傳輸；其次，不同於過去只能被動接受信息，VDES的使用更靈活，使用者可根據需要主動向其他船舶、港口、海圖信息中心等推送或者索取信息；最後，VDES依託信道調整使得信息傳輸速度大大提升。

VDES為不同內容及格式的信息劃分了“專用車道”：與航行安全關係最為緊密的船舶位置和航行狀態信息保留在AIS專用信道下，減輕該信道負擔，並保證其不被占用；剝離與導航無關的非安全信息，例如水文、氣象等由ASM承載，並為其配置兩個25kHz的信道；而對於其他內容更為豐富、格式更為靈活的信息，則將由VDE完成傳輸，並依託100kHz的雙頻信道，大大提高船船及船岸之間信息傳輸速率。

未來規劃

法國在2014年提出了VDES系統未來的發展規劃，計畫從2014年至2023年跨度10年，。其中包含了兩大層面的運作：規則層和實施層。

在規則層，IMO、IALA和ITU三大組織的各項會議和IMO的電子航海（E-NAV）、全球海上遇險與安全系統（GMDSS）現代化進程將成為整個系統的關鍵，其中IMO的組織機構中包括海上安全委員會（MSC）和導航、通信和搜救小組委員會（NCSR），MSC是組織的最高技術機構，由所有成員國組成。IALA主要為每年兩次的ENAV會議，ITU主要為四年一次的WRC大會和每年兩次的5B工作組會議。通過這些會議，能夠在規則和標準層面給予VDES系統有力的支撐。

實施層面主要包括AIS和ASM收發信機的原理樣機研製、仿真、外場測試、實驗星的技術開發與發射驗證以及相關標準的制定。

最新進展

頻率劃分

要實現從AIS系統到VDES系統的升級，增加可供VDES系統使用的新頻段是前提條件。因此研究VHF頻段關於海事業務的頻率劃分是研究VDES系統未來發展的重要組成部分。

2012年後，ITU和各成員國便將目光和精力投入到了對VDES頻點的劃分中來。經過3年的努力，目前ITU提出了4種針對VDES系統頻率劃分的方案，分別由IALA、ESA（及歐洲各國）、加拿大和中國提出。這四種方案基本上都是24、84、25、85、26和86信道可供VDE使用，27和28信道供ASM使用，AIS依舊使用原來的頻點，只有方案D另外增加了四個信道用於語音功能。四種方案的不同集中在衛星部分可使用的信道，其中方案A中衛星可使用的頻寬的最寬的。ITU根據各頻段劃分方案，對四個劃分方案的各類功能的符合程度進行比較，研究VDES衛星部分與上述相鄰頻段內現有業務之間的頻率共用和兼容性。

在WRC-19的議題中，ITU－R將會考慮修改《無線電規則》，其中包括為衛星水上移動業務（地對空和空對地）進行新的頻譜劃分，包括衛星上行的156.0125—157.4375 MHz和下行的160.6125—162.0375 MHz，以促成實現新的VDES衛星部分，同時確保該衛星部分不會降低現有VDES地面部分、ASM、AIS的運行質量，且會對這些以及154 MHz至156 MHz頻段的低端相鄰頻段和162至164 MHz頻段的高端相鄰頻段內現有業務造成有害干擾和限制。

衛星建設

挪威空間中心在研的一顆VDES衛星NORSAT-2，是一顆重達15kg、尺寸為20cm×30cm×40cm的微小衛星，預計在2016年發射。NORSAT-2可以在挪威的領海區域提供先進的船舶跟蹤與數據交換服務。

在VDES衛星系統建設中，ESA作為完成了VDES系統中大部分的衛星部分的技術特性討論和制定的牽頭方，也一直在積極推動和發展。ESA在2014—2015年期間對VDES衛星系統的相關研究和設備研製進行了3次招標，2014年6月提出了招標金額為20萬~50萬歐元的VDES衛星系統設計（包括頻段選擇、傳輸方案的制定以及計畫進度預算等），不久之後的2014年9月提出了招標金額為至少50萬歐元的VDES衛星部分下行鏈路驗證。接著ESA在2015年6月提出了設計一款性價比高的VDE衛星部分地面用戶終端的招標，招標金額大於50萬歐元。不難看出ESA對VDES系統的設計思路就是利用試驗星來驗證VDES系統的相關性能，而且還在積極發展VDES衛星系統的地面終端，這些都是推動VDES衛星系統建設的重要部分。

ISIS是荷蘭的一家致力於小衛星研製及套用的公司，近幾年該公司一直在發展星載AIS的無線電通信載荷。目前ISIS設計了一款專門針對VDES系統的星載高效發射裝置，6W發射功率,下行鏈路數據速率40 ksps，由於VDES的鏈路設計，使得必須要保證星上較高的有效等向輻射功率（EIRP）才能與地面確保正常通信，因此ISIS的這款發射機也將在VDES衛星系統發揮積極的作用。

地面建設

構想未來海事愛好者可以利用一個只接收的設備來獲取VDES系統廣播的海事安全信息以及船舶相關數據。2015年前後，ESA已經開展了一項相關的研究，看能否利用谷歌（Google）手機中的只用於接收的模組來實現這個套用，研究結果是這樣一個手機模組是完全能夠幫助海事愛好者實現接收VDES信息這個功能，這個研究結果將積極推動未來VDES系統地面終端的發展，一旦VDES系統開始投入使用，相信這個套用也會很快被推廣使用。目前許多船台廠商已經投入到船載VDES相關設備的研發與生產當中包括針對VDES地面系統的模擬器、原理樣機的研製和地面系統測試。