國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹

1、國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹北京米波通信技術(shù)有限公司二零零九年十一月國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹1系統(tǒng)概述11.1 INMARSAT發(fā)展背景11.2 INMARSAT衛(wèi)星通信領(lǐng)域的重要性11.3 INMARSAT的應(yīng)用21.4 INMARSAT通信體制和技術(shù)參數(shù)21.4.1 通信體制21.4.2 頻率范圍21.4.3 調(diào)制方式31.4.4 編碼方式32 INMARSATS統(tǒng)的本勾成32.1 空間段32.2 地面段52.2.1 衛(wèi)星控制中心（SCC62.2.2 網(wǎng)絡(luò)控制中心（NCC62.2.3 跟蹤遙測指控站（TT&C62.2.4 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站（NCS62.2.5 地面關(guān)口站（LE063 INMA

2、RSA僚統(tǒng)的移動終端73.1 INMARSAT-B83.2 INMARSAT-C83.3 INMARSAT-MI93.4 INMARSATMini-M系統(tǒng)103.5 INMARSAT-Aero103.6 INMARSAT-F113.7 BGAN終端123.8 ISATPHON屋端131系統(tǒng)概述1.1 INMARSAT發(fā)展背景國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡稱INMARSAT于正式成立，成員國由當(dāng)時的28個已發(fā)展到目前的近百個，INMARSA總部設(shè)在倫敦，主要負(fù)責(zé)操作、管理、經(jīng)營INMARSA系統(tǒng)的政府間合作機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)已成為世界上唯一為海、陸、空用戶提供全球移動衛(wèi)星公眾通信和遇險安全通信業(yè)務(wù)的國際組織。IN

3、MARSAT1星通信最初只提供海上通信業(yè)務(wù)，它向廣大的海上用戶提供遇險呼叫、緊急安全通信、電話、用戶電報、傳真、各種數(shù)據(jù)傳輸、無線電導(dǎo)航等二十余種通信業(yè)務(wù)。1982年開始提供全球海事衛(wèi)星通信服務(wù)。隨著新技術(shù)的開發(fā)，1985年10月，INMARSA大會通過了INMARSA公約和業(yè)務(wù)協(xié)定的修正案，決定把航空通信納入業(yè)務(wù)之內(nèi)。1989年又決定把業(yè)務(wù)從海事通信發(fā)展到航空、陸地移動通信領(lǐng)域，并于1990年開始提供全球性衛(wèi)星航空移動通信業(yè)務(wù)。為了適應(yīng)海事通信事業(yè)和通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要，國際海事衛(wèi)星組織于1993年正式改名為國際移動衛(wèi)星通信組織，1999年改制為股份制公司，20xx年初成功上市，至今運(yùn)轉(zhuǎn)良好，

4、是全球移動衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的主要提供者，在世界移動衛(wèi)星通信領(lǐng)域占有極其重要的地位。1.2 INMARSAT衛(wèi)星通信領(lǐng)域的重要性INMARSA系統(tǒng)是全球唯一同時承擔(dān)衛(wèi)星移動通信和遇險安全通信的衛(wèi)星通信系統(tǒng)；INMARSA系統(tǒng)成立時間早、占有市場份額大、運(yùn)營良好、終端類型多、業(yè)務(wù)種類全面；INMARSA系統(tǒng)最初由各國政府投資組建，影響廣泛；INMARSA系統(tǒng)通信體制成熟，衛(wèi)星先進(jìn)，地面站遍布全球；各國軍方都將INMARSAT1星通信系統(tǒng)作為軍用通信系統(tǒng)的重要組成部分。1.3 INMARSAT的應(yīng)用INMARSA海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供海事、航空、陸地移動衛(wèi)星通信和信息服務(wù)，包括電話、傳真、低速數(shù)據(jù)、高速數(shù)

5、據(jù)及IP數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)類型，具應(yīng)用遍布海上作業(yè)、礦物開采、救災(zāi)搶險、野外旅游、軍事應(yīng)用等各個領(lǐng)域。1999年中國駐南斯拉夫大使館被炸時，駐南使館的記者正是通過海事衛(wèi)星電話，把這個消息傳到新華社；科索沃戰(zhàn)爭也采用了Inmarsat設(shè)備為主要通訊設(shè)備。20xx年伊拉克戰(zhàn)爭期間中央電視臺赴前線記者發(fā)送回國的語音和圖像等戰(zhàn)地報道也是通過了海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)。20xx年印尼海嘯后，我們國家派出的地震救援隊帶去的通信設(shè)備也是海事衛(wèi)星電話。20xx年春節(jié)南方的抗雪救災(zāi)，地面通信大面積出現(xiàn)故障，很多現(xiàn)場指揮就是用海事衛(wèi)星電話。20xx年5月汶川大地震用于救災(zāi)的終端總量接近2000臺。1.4 INMARSAT通信

6、體制和技術(shù)參數(shù)通信體制系統(tǒng)采用了FDMA/TDM/TDMA/SDMA/SCBS信體制。頻率范圍饋線鏈路（衛(wèi)星與地面站之間）：C頻段上行6424.0-6575.0MHz下行3550.0-3700.0MHz用戶鏈路（衛(wèi)星與用戶終端之間）：L頻段上行1626.51660.5MHz下行1525.01559.0MHz調(diào)制方式系統(tǒng)采用了BPSKO-QPSKn/4QPSK、16QA懈調(diào)制方式。編碼方式系統(tǒng)采用了卷積碼、Turbo碼等編碼方式。2 INMARSA僚統(tǒng)的構(gòu)成INMARSA系統(tǒng)由空間段、地面站及用戶終端三部分組成，如圖1所示。圖1INMARSATS統(tǒng)組成框圖2.1 空間段INMARSAT1星通信系

7、統(tǒng)使用的衛(wèi)星，運(yùn)行在地球靜止軌道上，每顆衛(wèi)星可覆蓋地球表面約1/3面積，為除了南北緯75度以上的極區(qū)外的全球區(qū)域提供通信服務(wù)。按照發(fā)展順序，分別由INMARSAT-1INMARSAT-2INMARSAT-3INMARSAT-0代衛(wèi)星組成。第一代、第二代衛(wèi)星共7顆，第二代衛(wèi)星的容量為第一代的2.5倍。它們均屬全球波束，并分別定位在太平洋、印度洋、大西洋東區(qū)和大西洋西區(qū)四個洋區(qū)，這些衛(wèi)星除了提供海上服務(wù)外，還可以為空中、陸地移動用戶電話、用戶電報、電子郵政、傳真和數(shù)據(jù)等提供服務(wù)。第三代衛(wèi)星于1996至1998年2月期間發(fā)射，共5顆衛(wèi)星，其中1顆為備份星，其容量為第二代的8倍，除全球波束外，每顆衛(wèi)星

8、具有5個可控制的點波束能對某些特定區(qū)域提供更高的功率和更大的容量；第三代分別定點在印度洋區(qū)、大西洋東區(qū)、大西洋西區(qū)、太平洋區(qū)上空。第四代衛(wèi)星于20xx年至20xx年8月期間發(fā)射，共3顆衛(wèi)星，其容量為第三代的60倍，是迄今為止世界上最大、能力最強(qiáng)的商業(yè)衛(wèi)星，第四代通信業(yè)務(wù)量絕大部分是作為IP分組交換數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，擴(kuò)展了Inmarsat網(wǎng)絡(luò)，提供增強(qiáng)的數(shù)字移動通信服務(wù)的能力，同時也支持傳統(tǒng)的電路交換服務(wù)，例如語音和ISDN支持現(xiàn)有后臺管理系統(tǒng)，同時提供清晰的IP路由；第四代分別定點在亞洲和太平洋、歐洲和非洲、南北美洲區(qū)域上空。表1INMARSAT1星參數(shù)性能對比INMARSAT-2INMARSAT

9、-3INMARSAT-4衛(wèi)星顆數(shù)453覆蠱方式全球波束1個全球波束5個寬點波束1個全球波束19個區(qū)域點波束228個窄帶點波束EIRP39dBW49dBW67dBW信道4個信道W4.57.3MHz46個信道W0.92.2MHz630個信道帶寬200KHz設(shè)計壽命10年13年15年衛(wèi)星凈重700kg1000kg3100kg是否支持導(dǎo)航不支持支持支持圖2INMARSAT-3勺全球波束覆蓋圖卬度洋區(qū)域圖3INMARSAT-璇點波束覆蓋圖圖4INMARSAT-4勺覆蓋圖圖5INMARSAT-4區(qū)域/窄帶點波束覆蓋圖三代星以前的在軌衛(wèi)星雖然還能工作，但目前主要起備份作用，目前主要由INMARSAT-3IN

10、MARSAT-的代衛(wèi)星提供國際海事衛(wèi)星通信服務(wù)，其中第三代星主要為B、CDMMini-M、M4F系列等類型終端提供服務(wù)，第四代主要為BGANFleetBGAZISATPhone等類型終端提供服務(wù)。2.2 地面段地面段由設(shè)在英國倫敦總部的衛(wèi)星控制中心（SCC、網(wǎng)絡(luò)控制中心（NCC、遍布全球的跟蹤遙測指控站（TT&C、通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站（NCS、地面關(guān)口站（LES）等。衛(wèi)星控制中心（SCC衛(wèi)星控制中心設(shè)在倫敦Inmarsat總部，它負(fù)責(zé)監(jiān)視Inmarsat衛(wèi)星的運(yùn)行情況，保證衛(wèi)星的正常運(yùn)行。衛(wèi)星控制中心接收從全球測控站（TT&C發(fā)來的數(shù)據(jù)將這些數(shù)據(jù)加以處理，并通過測控站對Inmarsa

11、t衛(wèi)星進(jìn)行控制和管理。網(wǎng)絡(luò)控制中心（NCC網(wǎng)絡(luò)控制中心位于倫敦Inmarsat總部，負(fù)責(zé)對整個Inmarsat通信網(wǎng)的運(yùn)營和管理。具體表現(xiàn)為：監(jiān)測、協(xié)調(diào)和控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有衛(wèi)星的操作運(yùn)行，同時對各地球站（岸站）的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督，并協(xié)助網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站對有關(guān)運(yùn)行事務(wù)進(jìn)行協(xié)調(diào)。跟蹤遙測指控站（TT&C跟蹤遙測指令站直接對INMARSATS星進(jìn)行控制和管理。全球設(shè)立了四個測控站，加拿大的考伊琴湖（LakeCowichan）、彭南特角（PennantPoint）、意大利的福希諾（Fucino）和中國的北京（Beijing）。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站（NCS協(xié)調(diào)站是整個系統(tǒng)的一個重要組成部分。每個洋區(qū)各設(shè)有一個NCS

12、直接歸Inmarsat總部控制運(yùn)營，負(fù)責(zé)管理各自洋區(qū)的網(wǎng)絡(luò)核心資源（例如通信和信令信道）的分配。大西洋區(qū)的NC毀在美國的南玻利（Southbury）,太平洋區(qū)的設(shè)在日本的茨城（Ibaraki）,印度洋區(qū)的設(shè)在日本的納瑪古池（Namaguchio）。地面關(guān)口站（LE0陸地地球站簡稱地面站，其基本作用是經(jīng)由衛(wèi)星與移動站進(jìn)行通信，并為移動站提供國內(nèi)或國際網(wǎng)絡(luò)的接口。各地面站分別由各國政府指定的簽字者建設(shè)和經(jīng)營?，F(xiàn)在大約有40個地面站分布在31個國家。Inmarsat系統(tǒng)的每個地面站都有一個唯一的與之關(guān)聯(lián)的識別碼。Inmarsat系統(tǒng)中的陸上地球站，在海事衛(wèi)星系統(tǒng)中稱為岸站(CES,航空衛(wèi)星系統(tǒng)中稱為

13、航站(GES。地面關(guān)口站既是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面系統(tǒng)的接口，又是一個控制和接入中心。該站采用天線口徑為11拋物面天線，工作方式為雙頻段(C頻段和L頻段)。為了實現(xiàn)雙頻段工作，采用了兩種辦法。(1)使用單一天線、雙極化方式，通常采用具有雙頻段饋源的拋物面天線；(2)使用兩副分開的天下，每個頻段用一副，C頻段天線因饋源簡單而便宜，L頻段天線則小得多，但這兩付天線還必須耦合在一起，以便跟蹤衛(wèi)星。3 INMARSA僚統(tǒng)的移動終端INMARSA系統(tǒng)為航海、航空與地面用戶提供全球移動衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)從1982年開始的模擬體制A標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)，發(fā)展到B、C、DEMMini-M、M4F標(biāo)準(zhǔn)，以至到20xx年推出的R

14、BGA業(yè)務(wù)、20xx年推出的陸上寬帶BGAN務(wù)、20xx年推出的FleetBroadband和SwiftBroadband等業(yè)務(wù)。表2INMARSAT用終端的主要特征BMMini-MM4F77BGAN語音(kbps)166.44.84.84.84電傳VVVVVx傳真(kbps)9.62.42.49.69.6/6464數(shù)據(jù)(kbps)9.62.42.42.464492高速數(shù)據(jù)(kbps)64XX64128x群呼VVVVVx調(diào)制方式O-QPSKBPSKO-QPSKBPSKO-QPSKBPSKO-QPSKBPSK16QAMO-QPSKBPSK16QAMQPSKn/4QPSK16QAM編碼方式卷積碼卷

15、積碼卷積碼Turbo碼Turbo碼Turbo碼啟用時間1993年1993年1996年1999年2002年2005年3.1 INMARSAT-BINMARSAT-系統(tǒng)采用的設(shè)備，其名構(gòu)與性能基本與INMARSAT-A相同。但技術(shù)上作了數(shù)字化處理。由于數(shù)字化以后它可以充分利用衛(wèi)星功率和頻帶，提供高質(zhì)量的通信，并使空間段費用和服務(wù)費降低。表4列出了INMARSAT-系統(tǒng)船載站的主要特性。所需的G/T值大于-4dBk,各向同性有效輻射功率(EIRP)從36dBWM小至U33dBM者更低。為了適應(yīng)第三代衛(wèi)星的點波束通信，采用了3dB步進(jìn)跟蹤。表3INMARSAT-隘統(tǒng)船載地面站的主要特性工作頻段1626

16、.51645.5MHzSES-CESSES:船板占1525.01545.0MHzSES-CESCES:海岸站極化右旋圓極化天線增益正常值24dBi天線直徑80厘米EIRP33,29,25dBWHPA:30WG/T>-4dBKLNA噪聲溫度：100K海用B終端陸用b終端3.2INMARSAT-CINMARSAT-夥動地面站采用了一種小而簡單，無跟蹤能力的全向天線，目的是使用小到足可以提在手里或安裝在任何船只、飛機(jī)或車輛上的小型終端，以提供數(shù)據(jù)/信息通信。由于重量輕，易于安裝在車輛、船只或手提終端上。這種終端的主設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、重量只有34公斤。這些終端有些具有信息傳播和顯示功能，有些具有標(biāo)準(zhǔn)

17、接，使用戶能夠接上自己的計算機(jī)設(shè)備。表5是這種系統(tǒng)的主要特性。用Mini-C終端表4INMARSAT-C（統(tǒng)移動地面站的主要特性工作頻段1626.51646.5MHz1530.01545.0MHzMES-LESMES:移動站MES-LESLES:陸地站極化右旋圓極化天線增益正常值0dBi全向天線EIRP16dBWHPA:20WG/T>-23dBKLNA噪聲溫度：100KINMARSAT-CJ殳采用四線螺旋天線、交叉傾斜耦極子和微帶天線。船上使用最廣的是四線螺旋天線，因為在船舶運(yùn)動的情況下它具有良好的寬波束覆蓋性能。微帶天線是手提式終端所采用的最好的一種天線，它最大的特點就是其外形很低。3

18、.3 INMARSAT-MINMARSAT-陳統(tǒng)所用的天線類型取決于終端的使用場合，海上、陸上移動與手提設(shè)備按各自需要采用不同類型的天線。短背射（SBF天線是最適合船上應(yīng)用的INMARSAT-跳端天線。這是一種結(jié)構(gòu)簡單、緊湊且效率高的船載天線，但帶寬較窄，只有3%這對于要求有8%的帶寬來講太窄了。通過將主反射器由平板狀圓盤改為圓錐或階梯狀板，并增加了第二個反射器可改善普通短背射天線的電性能。經(jīng)改進(jìn)后的短背射天線的VSWR£于1.5,孔徑效率達(dá)80%帶寬可達(dá)20%并且在旁瓣電平改變的情況下，可將增益提高1dB。這是一種簡單而緊湊的天線，適合用于小型船只。該天線的直徑為，天線（包括穩(wěn)定器

19、）重40公斤。天線增益為15dBi。這種天線通常為兩軸（Az-El）穩(wěn)定，采用步進(jìn)跟蹤。除了短背射天線外，INMARSA餐端中有時也采用陣列天線。表5INMARSAT-M系統(tǒng)的移動站的主要性能工作頻段1626.51646.5MHz1530.01545.0MHzMES-CESMES-CESMES:移動站CES:海岸站極化右旋圓極化天線增益正常值14dBi天線直徑40厘米EIRP27.21dBWHPA:20WG/T210dBK（海上）；-12dBK（陸地）LNA噪聲溫度：100K3.4 INMARSATMini-M系統(tǒng)Mini-M系統(tǒng)是M系統(tǒng)的微型化系統(tǒng)，使用INMARSA第三代衛(wèi)星的點波束，提供

20、4.8kb/s的話音，2.4kb/s的G3傳真和2.4kb/s的數(shù)據(jù)，它是目前衛(wèi)星通信中除手機(jī)之外技術(shù)最新、體積最小、重量最輕的、使用最方便、價格最低廉的便攜式終端，重量只有左右，與一個筆記本計算機(jī)大小一般。M終端Mini-M終端3.5INMARSAT-AeroINMARSAT1991年開始提供全球商用航空衛(wèi)星系統(tǒng)。主要用于飛機(jī)之間及飛機(jī)與地面用戶之間的通信。系統(tǒng)由空間段、地基站（GES、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站（NCS和機(jī)載站（AES組成。機(jī)載站的工作類型可分為四類；第一類只能提供低速數(shù)據(jù)服務(wù)，這包括航空操作控制（AOC和航空管理通信（AAC,采用低土f益天線（0dBi）,這類站將來主要用于空中交通控制（

21、ATC。第二類只能提供話音業(yè)務(wù)，主要服務(wù)于乘坐飛機(jī)的旅客（航空旅客通信，APC,采用高增益天線（12dBi）。第三類可以提供話音和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，與第二類AES所不同的是，增加了數(shù)據(jù)系統(tǒng)。第四類是將第一類與第三類結(jié)合在一起，同時使用有高增益與低增益天線，能夠提供各種航空通信。表6INMARSATS統(tǒng)AES的主要性能工作頻段1626.5-1660.5MHzAESfGES1525.0-1559.0MHzGESfAES極化右旋圓極化高增益天線低增益天線天線增益12dBi0dBi天線型式陣列天線螺旋天線EIRP25.5dBW15.5dBWHAP60W（A類）40WG/T-13dBK-26dBKLNA噪聲

22、溫度150K150K目前世界上許多航空公司使用INMARSA航空通信系統(tǒng)，如美國、日本、英國、德國、意大利、澳大利亞、中國、西班牙等30多個國家的40多航空公司。這些公司的飛機(jī)上都裝有機(jī)載站，有無機(jī)載站，能否提供衛(wèi)星電話業(yè)務(wù)，已成為航空公司服務(wù)水平的一個標(biāo)志。中國(包括臺灣)已有80多架安裝和使用了航空衛(wèi)星通信設(shè)備。3.6 INMARSAT-FINMARSAT-添歹U終端包括Fleet77、Fleet55、Fleet33等類型,是航海者生活中不可缺少的一部分，能夠提供范圍空前廣泛的語音、傳真和數(shù)據(jù)服務(wù)，適應(yīng)所有類型和噸位的船只需要，從小型游艇到最大型的遠(yuǎn)洋船只，使航海人員在船上進(jìn)行通信時，也能

23、如同在岸上通信那樣有效。在提供安全服務(wù)方面其衛(wèi)星服務(wù)構(gòu)成了全球海上遇險呼叫安全系統(tǒng)(GMDSS)的核心，這一系統(tǒng)能立即將全球的船員與最近的援救協(xié)調(diào)中心連接起來。2007年，INMARSATS一步完善了其海上產(chǎn)品組合，推出FleetBroadband。它在每個共享頻道上以最高432kbps的速率同時提供語音和寬帶數(shù)據(jù)服務(wù)，此外按照需求選擇有確保高達(dá)256kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。F33終端F55終端F77終端3.7 BGAN終端BGA娓國際海事衛(wèi)星組織所主導(dǎo)的寬頻全球區(qū)域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（broadbandglobalareanetworksystem）的第四代的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。BGAN一個3GPP包交換和電路交換的網(wǎng)絡(luò)，兼容第3代（）手機(jī)系統(tǒng)，其所有提供的服務(wù)都基于UMT蔽術(shù)。BGAN能夠提供IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)速率最高達(dá)492Kbit/s,可以提供視頻會議、數(shù)據(jù)圖像傳輸、信息瀏覽、辦公網(wǎng)絡(luò)接入等應(yīng)用，來滿足用戶對新