A MODEL OF MARITIME VHF COMMUNICATION SYSTEM FOR DATA EXCHANGE BASED ON OFDM MODULATION

Razmjena podataka između brodova i kopnenih objekata od iznimne je važnosti za potrebe sigurnosti navigacije, kao i za potrebe komercijalnih usluga. Iz tog razloga, u ovome radu su detaljno analizirani postojeći pomorski komunikacijski sustavi za prijenos podataka, u svrhu određivanja smjernica za njihovu nadogradnju, odnosno zamjenu novim komunikacijskim sustavima. Kako u pomorskim VHF komunikacijama nema razvijenog sustava za potrebe prijenosa velikih količina podataka, nužno je primjenom novih tehnologija razviti nove sustave, koji bi modernizirali GMDSS sustav, značajno rasteretili komunikacijske kanale AIS sustava, te postavili smjernice za razvoj komunikacijske infrastrukture strategije IMO-a pod nazivom E-navigacija. Jednu od novih tehnologija predstavlja i digitalna OFDM modulacija, pomoću koje je moguće, korištenjem više valova nosilaca, postići velike brzine prijenosa podataka te visoku spektralnu učinkovitost. U ovome radu sustavno je analizirana navedena tehnologija te su određene prednosti i nedostaci komunikacijskih sustava s OFDM modulacijom u odnosu na sustave s jednim valom nosiocem. Nadalje, izrađeni su analitički i simulacijski modeli pomorskog VHF OFDM komunikacijskog sustava za prijenos podataka unutar pomorskih VHF komunikacijskih kanala. Navedeni komunikacijski kanali, odnosno pojave i fenomeni koji ih karakteriziraju modelirane su Rayleighevom i Riceovom razdiobom vjerojatnosti uz pojavu aditivnog bijelog Gaussovog šuma. Postignuta brzina prijenosa podataka, spektralna učinkovitost sustava te vjerojatnost ili učestalost pojave pogrešnih bitova predstavljaju kriterije na temelju kojih su vrednovani rezultati analitičkog i simulacijskog modela. Rezultati istraživanja pokazali su da se primjenom digitalne OFDM modulacije u pomorskim VHF komunikacijskim sustavima može unaprijediti dosadašnji GMDSS sustav, postizanjem većih brzina prijenosa, a samim time i prenošenjem veće količine podataka.Data exchange between ships and land facilities is of great importance for the safety of navigation and for commercial services. For this reason, a detailed analysis of existing maritime communications systems for data transmission is conducted within this paper in order to determine the guidelines for their upgrade or replacement by new communication systems. Since there is no system in maritime VHF communications for transmitting large amounts of data, it is necessary to employ new technologies and to develop new systems that would modernize the GMDSS system, significantly relieve the AIS communication channels, and set guidelines for development of the communication infrastructure of the IMO strategy called e- Navigation. The digital OFDM modulation is a new technology, by which it is possible, using multiple carrier waves, to achieve high data transmission rates and spectral efficiency. This technology is systematically analyzed, and the advantages and disadvantages of communication systems using OFDM modulation in comparison to single carrier systems are determined in this paper. Furthermore, analytical and simulation models of the maritime VHF OFDM communication system for data transmission within the maritime VHF communication channels are developed. These communication channels, i.e. appearances and phenomena within, are modeled by Rayleigh and Rice probability distributions with the the additive white Gaussian noise. The achieved data rate, the spectral efficiency of the system, and the bit error probability or rate represent the criteria on which the results of the analytical and simulation models are evaluated. The research results showed that the application of the digital OFDM modulation in maritime VHF communications systems can improve current communications within the GMDSS system, achieving higher data transmission rates, and thus enabling transmission of large amounts of data

A MODEL OF MARITIME VHF COMMUNICATION SYSTEM FOR DATA EXCHANGE BASED ON OFDM MODULATION

Razmjena podataka između brodova i kopnenih objekata od iznimne je važnosti za potrebe sigurnosti navigacije, kao i za potrebe komercijalnih usluga. Iz tog razloga, u ovome radu su detaljno analizirani postojeći pomorski komunikacijski sustavi za prijenos podataka, u svrhu određivanja smjernica za njihovu nadogradnju, odnosno zamjenu novim komunikacijskim sustavima. Kako u pomorskim VHF komunikacijama nema razvijenog sustava za potrebe prijenosa velikih količina podataka, nužno je primjenom novih tehnologija razviti nove sustave, koji bi modernizirali GMDSS sustav, značajno rasteretili komunikacijske kanale AIS sustava, te postavili smjernice za razvoj komunikacijske infrastrukture strategije IMO-a pod nazivom E-navigacija. Jednu od novih tehnologija predstavlja i digitalna OFDM modulacija, pomoću koje je moguće, korištenjem više valova nosilaca, postići velike brzine prijenosa podataka te visoku spektralnu učinkovitost. U ovome radu sustavno je analizirana navedena tehnologija te su određene prednosti i nedostaci komunikacijskih sustava s OFDM modulacijom u odnosu na sustave s jednim valom nosiocem. Nadalje, izrađeni su analitički i simulacijski modeli pomorskog VHF OFDM komunikacijskog sustava za prijenos podataka unutar pomorskih VHF komunikacijskih kanala. Navedeni komunikacijski kanali, odnosno pojave i fenomeni koji ih karakteriziraju modelirane su Rayleighevom i Riceovom razdiobom vjerojatnosti uz pojavu aditivnog bijelog Gaussovog šuma. Postignuta brzina prijenosa podataka, spektralna učinkovitost sustava te vjerojatnost ili učestalost pojave pogrešnih bitova predstavljaju kriterije na temelju kojih su vrednovani rezultati analitičkog i simulacijskog modela. Rezultati istraživanja pokazali su da se primjenom digitalne OFDM modulacije u pomorskim VHF komunikacijskim sustavima može unaprijediti dosadašnji GMDSS sustav, postizanjem većih brzina prijenosa, a samim time i prenošenjem veće količine podataka.Data exchange between ships and land facilities is of great importance for the safety of navigation and for commercial services. For this reason, a detailed analysis of existing maritime communications systems for data transmission is conducted within this paper in order to determine the guidelines for their upgrade or replacement by new communication systems. Since there is no system in maritime VHF communications for transmitting large amounts of data, it is necessary to employ new technologies and to develop new systems that would modernize the GMDSS system, significantly relieve the AIS communication channels, and set guidelines for development of the communication infrastructure of the IMO strategy called e- Navigation. The digital OFDM modulation is a new technology, by which it is possible, using multiple carrier waves, to achieve high data transmission rates and spectral efficiency. This technology is systematically analyzed, and the advantages and disadvantages of communication systems using OFDM modulation in comparison to single carrier systems are determined in this paper. Furthermore, analytical and simulation models of the maritime VHF OFDM communication system for data transmission within the maritime VHF communication channels are developed. These communication channels, i.e. appearances and phenomena within, are modeled by Rayleigh and Rice probability distributions with the the additive white Gaussian noise. The achieved data rate, the spectral efficiency of the system, and the bit error probability or rate represent the criteria on which the results of the analytical and simulation models are evaluated. The research results showed that the application of the digital OFDM modulation in maritime VHF communications systems can improve current communications within the GMDSS system, achieving higher data transmission rates, and thus enabling transmission of large amounts of data

A MODEL OF MARITIME VHF COMMUNICATION SYSTEM FOR DATA EXCHANGE BASED ON OFDM MODULATION

Razmjena podataka između brodova i kopnenih objekata od iznimne je važnosti za potrebe sigurnosti navigacije, kao i za potrebe komercijalnih usluga. Iz tog razloga, u ovome radu su detaljno analizirani postojeći pomorski komunikacijski sustavi za prijenos podataka, u svrhu određivanja smjernica za njihovu nadogradnju, odnosno zamjenu novim komunikacijskim sustavima. Kako u pomorskim VHF komunikacijama nema razvijenog sustava za potrebe prijenosa velikih količina podataka, nužno je primjenom novih tehnologija razviti nove sustave, koji bi modernizirali GMDSS sustav, značajno rasteretili komunikacijske kanale AIS sustava, te postavili smjernice za razvoj komunikacijske infrastrukture strategije IMO-a pod nazivom E-navigacija. Jednu od novih tehnologija predstavlja i digitalna OFDM modulacija, pomoću koje je moguće, korištenjem više valova nosilaca, postići velike brzine prijenosa podataka te visoku spektralnu učinkovitost. U ovome radu sustavno je analizirana navedena tehnologija te su određene prednosti i nedostaci komunikacijskih sustava s OFDM modulacijom u odnosu na sustave s jednim valom nosiocem. Nadalje, izrađeni su analitički i simulacijski modeli pomorskog VHF OFDM komunikacijskog sustava za prijenos podataka unutar pomorskih VHF komunikacijskih kanala. Navedeni komunikacijski kanali, odnosno pojave i fenomeni koji ih karakteriziraju modelirane su Rayleighevom i Riceovom razdiobom vjerojatnosti uz pojavu aditivnog bijelog Gaussovog šuma. Postignuta brzina prijenosa podataka, spektralna učinkovitost sustava te vjerojatnost ili učestalost pojave pogrešnih bitova predstavljaju kriterije na temelju kojih su vrednovani rezultati analitičkog i simulacijskog modela. Rezultati istraživanja pokazali su da se primjenom digitalne OFDM modulacije u pomorskim VHF komunikacijskim sustavima može unaprijediti dosadašnji GMDSS sustav, postizanjem većih brzina prijenosa, a samim time i prenošenjem veće količine podataka.Data exchange between ships and land facilities is of great importance for the safety of navigation and for commercial services. For this reason, a detailed analysis of existing maritime communications systems for data transmission is conducted within this paper in order to determine the guidelines for their upgrade or replacement by new communication systems. Since there is no system in maritime VHF communications for transmitting large amounts of data, it is necessary to employ new technologies and to develop new systems that would modernize the GMDSS system, significantly relieve the AIS communication channels, and set guidelines for development of the communication infrastructure of the IMO strategy called e- Navigation. The digital OFDM modulation is a new technology, by which it is possible, using multiple carrier waves, to achieve high data transmission rates and spectral efficiency. This technology is systematically analyzed, and the advantages and disadvantages of communication systems using OFDM modulation in comparison to single carrier systems are determined in this paper. Furthermore, analytical and simulation models of the maritime VHF OFDM communication system for data transmission within the maritime VHF communication channels are developed. These communication channels, i.e. appearances and phenomena within, are modeled by Rayleigh and Rice probability distributions with the the additive white Gaussian noise. The achieved data rate, the spectral efficiency of the system, and the bit error probability or rate represent the criteria on which the results of the analytical and simulation models are evaluated. The research results showed that the application of the digital OFDM modulation in maritime VHF communications systems can improve current communications within the GMDSS system, achieving higher data transmission rates, and thus enabling transmission of large amounts of data