密西西比河下游港口和水道安全系统Pawss射频覆盖测试

技术报告 密西西比河下游港口和水道安全系统（PAWSS）射频覆盖测试结果 罗伯特·L·索尔布伦特·贝德福德加里·帕特里克 美国商务部威廉·戴利 先生 格雷格·罗德，通信与信息司司长 执行摘要 海岸警卫队计划在密西西比河下游的港口和水道安全系统（PAWSS）中运营一套基于自动识别系统（AIS）数字选择呼叫（DSC）的转发器系统。该AIS系统使用两个双工信道进行船岸间和岸船间的数字数据传输，并使用一个单工信道进行信道管理。这些双工信道被识别为AIS工作信道。 PAWSS 依赖于甚高频（VHF）海上移动频段内的语音和 AIS 工作信道组合，在船舶交通服务区（VTSA）内提供信号覆盖。所提议的 VTSA 覆盖区域包括从密西西比河 255 英里处开始的河段，直至位于西南航道（Southwest Pass）的海上浮标，同时也包括墨西哥湾内驶向该海上浮标船只的区域。密西西比河河口航道（Mississippi River Gulf Outlet）和工业运河（Industrial Canal）等其他水域也包含在所提议的 VTSA 范围内。承包商已在河岸沿线五个塔站安装了政府拥有的设备，以提供语音和数据信道的覆盖。每座塔提供 VTSA 部分区域的覆盖。在系统达到运行状态之前，必须测量并记录该系统射频部分的覆盖范围。 海岸警卫队资助美国国家电信和信息管理局（NTIA）对系统进行覆盖测试，以检查和评估用于语音和AIS数据传输的信道射频覆盖的充分性。该测试由NTIA、海岸警卫队和SETA的人员于1999年8月4日至10日使用配备必要测试设备的面包车进行。使用两辆面包车，每三英里在河堤顶部进行测量。一辆面包车沿河堤向上游行驶，另一辆沿河堤向下游行驶。对于位于威尼斯的塔所覆盖区域南部进行的测量，使用船只从海浮标处向下至墨西哥湾进行测量。 这些测试的目的是验证VTSA中的信号覆盖范围。这通过定量和定性方法来完成。 对于定量方法，测量了从五个塔的简单语音信道11和14接收到的信号强度。还测量了双工AIS工作信道90和94的岸到船侧的信号强度。 对于定性方法，通过记录应答器切换到AIS工作频道所需的时间来测量Channel 70的功能。对于定性语音测量，使用手持式和固定安装的无线电设备，通过陆地线路与每个塔上的船舶交通中心（VTC）人员建立通信，使用频道11和14。通信质量被定性评定为好、差或坏。为防止邻近塔台的发射影响测试，每个塔台在测试时其他四个塔台均关闭。 测试期间观察到，其他授权用户出现在语音通道、AIS工作信道的海岸到船舶一侧以及可能的频道70上。这些其他用户可能会降低语音测量的质量，并影响应答器切换到AIS工作信道的能力。此外，由于测试配置在频道70上的负载可能会影响应答器切换到工作信道的能力。 每座五座楼的测试结果由语音和AIS工作信道信号强度图、AIS观测结果以及语音通信观测结果表示。测试结果表明，语音和AIS数据服务存在射频覆盖盲区，需要采取纠正措施，以确保海岸警卫队PAWSS能够在拟议的VTSA中运行。这些纠正措施可能... 本报告的结果和结论也可供海岸警卫队使用，以便其与公共信函系统运营商制定协调程序，从而使两套系统能够在VHF海上移动频段内以最小的相互干扰运行。在额外塔位增设基站、将现有基站迁移至其他塔位，以及/或更改现有基站塔上天线的方向/高度。 目录 1.引言 .................................................................. . 1-11.1 背景 ........................................................ . 1-1 2. 测试结果 ........................................................... . 2-12.1 第一座塔测试结果 ................................................ . 2-32.2 第二座塔测试结果 ................................................ . 2-6 3. 结论与建议 ........................................ 3-1 第一部分 简介 1.1 背景 海岸警卫队计划在密西西比河下游的港口和水道安全系统（PAWSS）中运营一套基于自动识别系统（AIS）数字选择呼叫（DSC）的转发器系统。该AIS系统使用两个双工信道进行船岸间和岸船间的数字数据传输，并使用一个单工信道进行信道管理。这些双工信道被识别为AIS工作信道。 PAWSS 依赖于甚高频（VHF）海上移动频段内的语音和 AIS 工作信道组合，在船舶交通服务区（VTSA）内提供信号覆盖。拟定的 VTSA 覆盖区域包括从密西西比河 255 英里处开始的河段，直至位于西南航道的海上浮标，并还包括墨西哥湾内驶向该海上浮标的船舶所在区域。密西西比河河口航道（Mississippi River Gulf Outlet）和工业运河等其他水域也包含在拟定的 VTSA 范围内。承包商已在河岸沿线五个塔站安装了政府拥有的设备，为语音和 AIS 工作信道提供覆盖。每座塔站为 VTSA 的一部分区域提供覆盖。在系统达到运行状态之前，必须测量并记录该系统射频部分的覆盖范围。 海岸警卫队资助国家电信和信息管理局（NTIA）对系统进行覆盖测试，以检查和评估用于语音和AIS数据传输的信道射频覆盖的充分性。测试于1999年8月4日至10日进行。这些测试的结果将在本报告的后续章节中给出。 1.2 测试目标 这些测试的目的是验证VTSA的信号覆盖范围，包括： •11号和14号频道上的船岸及岸船模式语音通信。 •频道70 DSC功能用于应答器VTS系统登录和频道管理。 • 90频道和94频道上的通信，这些频道用于应答器至海岸和海岸至应答器的数据传输及短信。 每个功能都单独对五个通信塔站中的每一个进行了测试，同时关闭其他四个塔。以这种方式测试每个站点上述功能的覆盖范围，确保为每个塔收集的数据不受相邻站点发射的影响。 测试期间观察到，其他授权用户出现在语音频道、AIS工作频道的海岸一侧以及可能频道70上。这些其他用户可能会降低语音测量的质量，并影响应答器切换到AIS工作频道的能力。 1.3 测试程序 为对语音和AIS工作信道进行测试，采取了以下步骤。 1.两辆面包车配备了以下设备：一台差分GPS（DGPS）接收器、一个12伏电源、一台频谱分析仪、一部手机、两个AIS应答器、一个固定式VHF无线电（带鞭状天线和可折叠车顶支架）以及一部手持式VHF无线电。 2.VTC站人员将应答器报告率设置为五秒，并将测试塔的扇区大小设置为包含整个拟议的VTSA（见注释1）。被测塔的测量范围延伸至下一个相邻塔之外最多1英里（见注释2）。一台应答器被打开并放置在被测塔之外。该应答器用作完整性监控器，以便塔始终与应答器保持联系，因此始终向堤岸人员重新广播其位置数据。这确保了在堤岸上始终可以测量该塔工作信道的应答器信号强度，以防由于干扰或不良传播效应，车内应答器无法与其通信。 3.将货车开到了靠近被测试塔的水坝上。为每辆货车启动并放置了一个应答器。利用应答器显示屏，以河里英里为单位记录了货车在水坝上的位置。该应答器在当天整个测试过程中都保持开启状态。 4.每辆厢式货车外部均安装了另一个应答器，并在每个测试点启动。河堤和VTC方面的人员观察其运行情况，以确认其已切换至工作信道。该应答器最多有15分钟的时间切换至AIS工作信道（见注释3）。如果在规定时间内应答器未能切换至AIS工作信道，则会在测试记录中注明，并继续进行测试。 5.堤防上的人员使用固定安装和手持无线电，在船岸和岸船模式下的语音信道上，与VTC（视频会议终端）人员建立语音联系，以进行定性测量。堤防上的无线电设备在低功率和高功率状态下运行（参见表格2）。活动协调则通过手机以及通过应答器进行的短信发送来完成。 注意：如果在该地点的某个频道未能与VTC取得联系，则堤坝上的人员会移动约100英尺，高于或低于其原位，并重复此步骤。 第6条：VTC（虚拟测试中心）的操作人员校准了麦克风，并在堤坝上使用频谱分析仪对语音信道进行信号强度测量。测量结果已记录在案。 7.通过频谱分析仪，在堤岸上测量了来自塔的AIS工作信道的信号强度，并以dBm为单位记录在测试记录中。 注意 1：这不会影响该塔的语音或数据传输的射频功率输出。注意 2：这与任何系统规格不符，仅用于测试目的。 8. 第二个应答器已被系统注销，并由堤坝上的人员关闭。 9.一辆货车沿堤坝顶部向上游行驶了3英里，并重复了第3步至第8步。另一辆货车沿堤坝顶部向下游行驶了3英里，并重复了第3步至第8步。 第10步：对每一座通信塔重复步骤1至9。 尽管拟议的VTSA北部边界为255河里，但测量工作一直进行到299河里。拟议的南部服务区域包括船只驶向西南航道海浮标的海域。使用一艘小型船只（配备测试设备和人员）进行了从威尼斯到墨西哥湾以及绕西南航道的测试。在海浮标西南和南方向进行了测量。由于船长的時間限制，墨西哥湾未进行额外测试。此外，密西西比河三角洲出口和工业运河也未进行测试。 1.4 楼层位置 各区域的塔架位置如下：区域1：威尼斯，路易斯安那州 N29-18-00/W89-22-29 天线高度 110米区域2：阿拉哈切角，路易斯安那州 N29-34-50/W89-49-40 天线高度 111米区域3：阿尔及尔，路易斯安那州 N29-56-45/W90-01-17 天线高度 113米区域4：瓦谢里，路易斯安那州 N29-57-13/W90-43-25 天线高度 112米区域5：巴吞鲁日，路易斯安那州 N30-36-51/W91-14-02 天线高度 115米 天线高度参照海平面。 第二节 测试结果 2. 测试结果每座五座楼的测试结果由信号强度图、AIS观测和语音通信观测表示，它们将在以下各节中呈现。 信号强度图显示了每个塔上AIS工作信道以及语音信道11和14在河岸至船舶侧的堤岸处接收的功率。河流里程以“通过航段上游”（BHP）或“通过航段下游”（AHP）计算，并标注为里程标记（MM）。从通过航段到海浮标的距离约为21英里。信号强度图还包括安装在每辆货车顶部的VHF鞭状天线6 dBi的增益。 所需AIS工作信道的最小信号强度基于应答器接收机的灵敏度，海岸警卫队规定该灵敏度为-107 dBm。假设便携式应答器天线增益为零dBi，系统损耗为1 dB，并修正鞭状天线增益的图表，-100 dBm的信号电平将用作图表上最小应答器工作信道信号强度的参考点。AIS观测记录了应答器从信道70切换到该区域的AIS工作信道所花费的时间和位置（以河里计）。由于信道70的干扰以及测试配置导致信道负载，切换时间不一定能反映应答器的功能能力。 语音通信观察记录了使用手持式和固定安装无线电的人员是否能够通过塔台使用11号和14号信道与VTC人员建立通信。安装在货车顶部的鞭状天线与固定安装无线电一起使用。手持式无线电使用一个小型短天线。通信质量被评为良好、差或坏。语音质量评级的描述显示在下表1中。 大多数船用VHF无线电在12 dB SINAD比率下的灵敏度约为0.25至0.35 FV。对于50欧姆负载，这相当于-119至-116 dBm的功率等级。然而，此规格并未考虑在强电磁环境（如密西西比河下游）中工作时接收机性能的下降。 密西西比河下游地区因飞行员报告的无线电频率干扰问题（尤其是在新奥尔良地区）而成为美国海岸警卫队和联邦通信委员会调查的对象。为改善并维护密西西比河及其他受干扰的内陆港口和水道的无线电通信服务的可用性，海事无线电技术委员会（RTCM）成立了一个特别委员会——RTCM SC-117，旨在制定VHF海事无线电的自愿接收机标