衛(wèi)星移動通信技術

5.7衛(wèi)星移動通信技術

★衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的分類、特點和主要技術

★靜止軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)

系統(tǒng)的組成各類INMARSAT終端簡介INMARSAT衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)在我國的應用★中低軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)依(Iridium)系統(tǒng)全球星(Globalstar)系統(tǒng)小LOE系統(tǒng)——Orbcomm5.7.2

靜止軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)

在靜止軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中，能夠提供全球覆蓋的有國際海事衛(wèi)星(Inmarsat)系統(tǒng)，提供區(qū)域覆蓋的有瑟拉亞衛(wèi)星(Thuraya)系統(tǒng)，亞洲蜂窩衛(wèi)星(ACeS)系統(tǒng)，北美移動衛(wèi)星(MSAT)系統(tǒng)，提供國內(nèi)覆蓋的有澳大利亞的MobileSat系統(tǒng)和日本衛(wèi)星N-STAR等。INMARSAT第一代于1982年投入使用，共租用9顆衛(wèi)星，壽命至1995年。第二代于1990年投入使用，共4顆衛(wèi)星，壽命到2002年。

第三代衛(wèi)星INMARSAT-3于1996年開始陸續(xù)發(fā)射使用，共有9顆衛(wèi)星在軌運行，壽命至2013年。2005年INMARSAT開始發(fā)射第四代衛(wèi)星，它用3顆大功率同步衛(wèi)星覆蓋全球。

發(fā)展過程從1991年起，我國先后在北京建成各類海事地面站10座，直接覆蓋印度洋和太平洋地區(qū)，并通過虛擬站間接覆蓋大西洋東西區(qū)，構(gòu)成全球覆蓋?，F(xiàn)在國內(nèi)使用遍布國內(nèi)各行各業(yè)，主要使用第三代，已有6000多個用戶，但第四代用戶目前還很少。發(fā)展過程系統(tǒng)的組成

INMARSAT系統(tǒng)由船站、岸站、網(wǎng)絡協(xié)調(diào)站和衛(wèi)星等部分組成。下面簡要介紹各部分的工作特點：系統(tǒng)的組成

衛(wèi)星:INMARSAT通信系統(tǒng)的空間段由四顆工作衛(wèi)星和在軌道上等待隨時啟用的五顆備用衛(wèi)星組成。這些衛(wèi)星位于距離地球赤道上空約35700km的同步軌道上，軌道上衛(wèi)星的運動與地球自轉(zhuǎn)同步，即與地球表面保持相對固定位置。所有INMARSAT衛(wèi)星受位于英國倫敦INMARSAT總部的衛(wèi)星控制中心（NCC）控制，以保證每顆衛(wèi)星的正常運行。

系統(tǒng)的組成每顆衛(wèi)星可覆蓋地球表面約1/3面積，覆蓋區(qū)內(nèi)地球上的衛(wèi)星終端的天線與所覆蓋的衛(wèi)星處于視距范圍內(nèi)。四個衛(wèi)星覆蓋區(qū)分別是大西洋東區(qū)、大西洋西區(qū)、太平洋區(qū)和印度洋區(qū)。目前使用的是INMARSAT第三代衛(wèi)星，它們擁有48dBW的全向輻射功率，比第二代衛(wèi)星高出8倍，同時第三代衛(wèi)星有一個全球波束轉(zhuǎn)發(fā)器和五個點波束轉(zhuǎn)發(fā)器。系統(tǒng)的組成

由于點波束和雙極化技術的引入，使得在第三代衛(wèi)星上可以動態(tài)地進行功率和頻帶分配，從而大大提高了衛(wèi)星信道資源的利用率。為了降低終端尺寸及發(fā)射電平，INMARSAT-3系統(tǒng)通過衛(wèi)星的點波束系統(tǒng)進行通信。除南北緯75度以上的極地區(qū)域以外，四個衛(wèi)星幾乎可以覆蓋全球所有的陸地區(qū)域。Inmarsat靜止衛(wèi)星的位置Inmarsat靜止衛(wèi)星的位置系統(tǒng)的組組成岸站（CES））:CES是是指設在在海岸附附近的地地球站，，歸各國國主管部部門所有有，并歸歸它們經(jīng)經(jīng)營。它它既是衛(wèi)衛(wèi)星系統(tǒng)統(tǒng)與地面面系統(tǒng)的的接口，，又是一一個控制制和接續(xù)續(xù)中心。。其主要要功能為為：(1)對對從船舶舶或陸上上來的呼呼叫進行行分配并并建立信信道(2)信信道狀態(tài)態(tài)（空閑閑、正在在受理申申請、占占線等））的監(jiān)視視和排隊隊的管理理(3)船船舶識別別碼的編編排和核核對(4)登登記呼叫叫，產(chǎn)生生計費信信息系統(tǒng)的組組成(5)遇遇難信息息監(jiān)收(6)衛(wèi)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)器頻率率偏差的的補償(7)通通過衛(wèi)星星的自環(huán)環(huán)測試(8)在在多岸站站運行時時的網(wǎng)絡絡控制功功能(9)對對船舶終終端進行行基本測測試。每一海域域至少有有一個岸岸站具備備上述功功能。典典型的CES拋拋物面天天線直徑徑為11～14米，收收發(fā)機采采用雙頻頻段工作作方式，，C頻段段用于語語音，L頻段用用于用戶戶電報、、數(shù)據(jù)和和分配信信道。系統(tǒng)的組組成網(wǎng)路協(xié)調(diào)調(diào)站（NCS））:網(wǎng)路協(xié)調(diào)調(diào)站（NCS））是整個個系統(tǒng)的的一個重重要組成成部分。。在每個個洋區(qū)至至少有一一個地球球站兼作作網(wǎng)絡協(xié)協(xié)調(diào)站，，并由它它來完成成該洋區(qū)區(qū)內(nèi)衛(wèi)星星通信網(wǎng)網(wǎng)絡必要要的信道道控制和和分配工工作。大大西洋區(qū)區(qū)的NCS設在在美國的的Southbury，太平平洋區(qū)的的NCS設在日日本的Ibaraki，印度度洋區(qū)的的NCS設在日日本的Namaguchi。。系統(tǒng)的組組成船站（SES））:SES是是設在船船上的地地球站。。因此，，SES的天線線在跟蹤蹤衛(wèi)星時時，必須須能夠排排除船身身移位以以及船身身的側(cè)滾滾、縱滾滾、偏航航所產(chǎn)生生的影響響；同時時在體積積上SES必須須設計得得小而輕輕，使其其不致影影響船的的穩(wěn)定性性，在收收發(fā)機帶帶寬方面面又要設設計得有有足夠帶帶寬，能能提供各各種通信信業(yè)務。。為此，，對SES采取取了以下下技術措措施：系統(tǒng)的組組成(1)選選用L頻頻段(2)采采用SCPC/FDMA制式式以及話話路激活活技術，，以充分分利用轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)器帶帶寬(3)衛(wèi)衛(wèi)星采用用極子碗碗狀陣列列式天線線，使全全球波束束的邊緣緣地區(qū)亦亦有較強強的場強強(4)采用用改善善HPA（（發(fā)送送部分分的高高功放放），，來彌彌補因因天線線尺寸寸較小小所造造成天天線增增益不不高的的情況況(5)L頻頻段的的各種種波導導分路路和濾濾波設設備，，廣泛泛采用用表面面聲波波器件件（SAW）(6)采用用四軸軸陀螺螺穩(wěn)定定系統(tǒng)統(tǒng)來確確保天天線跟跟蹤衛(wèi)衛(wèi)星。。INMARSATFAX/TELDATASESCES衛(wèi)星船船站的的通信信系統(tǒng)的的組成成SES根據(jù)據(jù)Inmarsat業(yè)務務的發(fā)發(fā)展被被分為為A型型站、、B型型站、、M型型站和和C型型站標標準，，1992～l993年年投入入應用用的B、M型站站，采采用了了數(shù)字字技術術，它它們最最終將將取代代A型型站和和C型型站。。每個SES都有有自己己專用用的號號碼，，通常常SES由由甲板板上設設備（（ADE））和甲甲板下下設備備（BDE）兩兩大部部分組組成。。ADE包包含天天線、、雙工工器和和天線線罩；；BDE包包含低低噪聲聲放大大器、、固體體高功功放等等射頻頻設備備，以以及天天線控控制設設備和和其它它電子子設備備。射射頻部部分也也可裝裝在ADE天線線罩內(nèi)內(nèi)。總部SCCNCCSATTT&CNCSAOR.ENCSAOR.WNCSPORNCSIORCESCESCESCESSESSESSESOCC操作作控制制中心心公共TDM每個洋洋區(qū)內(nèi)內(nèi),最最多設設15個CESINMARSAT系系統(tǒng)組組成結(jié)結(jié)構(gòu)圖圖衛(wèi)星船船站的的通話話特點點衛(wèi)星通通信的的優(yōu)點點：1）覆覆蓋面面大，，通信信距離離遠。。2)便于于多址址連接接。3）機機動靈靈活。。4））頻帶帶寬，，容量量大。。5））通信信質(zhì)量量好，，可靠靠性高高。6）通通信成成本與與距離離無關關。衛(wèi)星通通信的的缺點點：1）有有較大大的信信號延延遲。。2））需要要先進進的空空間技技術。。3））衛(wèi)星星壽命命短（（3-10年））一般般3-5年年就需需要發(fā)發(fā)射新新一代代衛(wèi)星星。影響衛(wèi)衛(wèi)星通通訊的的質(zhì)量量主要要原因因有：：大氣氣噪聲聲，太太陽的的黑子子活動動與電電離層層閃爍爍。使用頻頻率INMARSAT采采用L波段段和C波段段，INMARSAT二二代使使用的的頻帶帶是：：L波段段：下下行1530～～1548MHz，，上行行1626.5～1649.5MHz。。C波段段：下下行3600～～3623MHz，，上行行6425～6443MHz。。INMARSAT三三代使使用的的頻帶帶是：：L波段段：下下行1535～～1542MHz，，上行行1636～1643MHz。。C波段段：下下行4192～～4200MHz，，上行行6417～6442.5MHz。。INMARSAT通通信業(yè)業(yè)務衛(wèi)星船船站的的通話話特點點衛(wèi)星船船站內(nèi)部不不匹配配，調(diào)調(diào)諧不不好。。會出出現(xiàn)通通話干干擾，，通話話噪音音。衛(wèi)星通通話會會出現(xiàn)現(xiàn)延遲現(xiàn)現(xiàn)象，主要要原因因是通信距距離太太遠。。單程程0.27秒（（MES-衛(wèi)星星-地地面站站）。。衛(wèi)星信信號差差，直直接影影響通通話質(zhì)質(zhì)量。在INMARSAT系統(tǒng)統(tǒng)中，，遇險險通信信時選選擇岸岸站轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接到到RCC的的原則則是：：離呼呼叫船船最近近的岸岸站。。日常常通信信的原原則是是：離離用戶戶最近近的岸岸站。。各類INMARSAT終終端簡簡介———B系統(tǒng)統(tǒng)B系統(tǒng)統(tǒng)作為為A系系統(tǒng)下下一代代發(fā)展展的通通信系系統(tǒng),于1994年年投入入使用用。該系統(tǒng)統(tǒng)與A系統(tǒng)統(tǒng)經(jīng)過過一段段時間間的兼兼容工工作后后,最最終將將在2005年年以后后,取取代A系統(tǒng)統(tǒng)獨立立運行行。B系統(tǒng)統(tǒng)完全全采用用數(shù)字字技術術,可可以提提供高高質(zhì)量量的電電話、、電傳傳、傳傳真和和數(shù)據(jù)據(jù)通信信。在在技術術上,B系系統(tǒng)與與A系系統(tǒng)是是互不不兼容容的。。B系統(tǒng)統(tǒng)所使使用的的衛(wèi)星星、系系統(tǒng)功功能、、適用用范圍圍及船船站的的環(huán)境境條件件,與與A系系統(tǒng)基基本相相同,完全全符合合IMO對對GMDSS系系統(tǒng)的的遇險險通信信要求求。B系統(tǒng)統(tǒng)的船船站天天線,在尺尺寸和和重量量上,也與與A系系統(tǒng)相相差無無幾。。各類INMARSAT終終端簡簡介由空間間段的的INMARSAT靜止止衛(wèi)星星，網(wǎng)網(wǎng)絡系系統(tǒng)站站（NCS),地面面站（（LES)和移移動站站（MES)組組成。。NCS作用用：（（AOR/001美美國,POR/013美美國,IOR/005希希臘)B系統(tǒng)統(tǒng)工作作在全球波波束和和寬點點波束束兩種工工作模模式。。(每每個衛(wèi)衛(wèi)星覆覆蓋包包括1個全全球波波束優(yōu)優(yōu)先等等級1，19個個寬點點波束束優(yōu)先先等級級2，，255個個窄點點波束束優(yōu)先先等級級3）NCS為為MES分分配可可用的的通信信信道道，當當移動動站不不再要要求某某個信信道時時，該該信道道便被被釋放放，如如需要要，可可分配配給其其他需需要的的移動動站。。LES:識識別碼碼由三三位數(shù)數(shù)字組組成：：例如如，中中國868日本003新新加加坡210美美國001等各類INMARSAT終終端簡簡介移動站站（MES）每每個移移動站站都被被分配配有自自己專專用的的識別別碼和和電傳傳應答答碼。。B站站的識識別碼碼由9位數(shù)數(shù)字組組成，，首位位為3，2-4位為為對應應的國國家或或地區(qū)區(qū)的海海上識識別MID碼（（中國國為412或413）其其余數(shù)數(shù)字隨隨機產(chǎn)產(chǎn)生。。如34138902.電傳傳應答答碼由由移動動站識識別碼碼和隨隨后的的4個個字符符組成成，如如34138902BPORX.電傳傳應答答碼的的主要要作用用是：：當其其他電電傳終終端呼呼叫本本移動動站時時相互互交換換電傳傳應答答碼以以進行行確認認識別別。也也就是是當接接收到到對方方發(fā)送送的““WRU””時，，本移移動站站會自自動發(fā)發(fā)送自自己的的電傳傳應答答碼。。INMARSAT-C系系統(tǒng)由空間間段的的INMARSAT靜止止衛(wèi)星星，網(wǎng)網(wǎng)絡系系統(tǒng)站站（NCS),地面面站（（LES)和移移動站站（MES)組組成。。NCS作用用：（（AOR-E/144英英國,AOR-W/044英國國POR/244新加加坡,IOR/344希希臘NCS除負負責本本區(qū)域域的LES通信信協(xié)調(diào)調(diào)和管管理外外，每一個個MES在在開機機或跨跨越洋洋區(qū)時時，都都要向向其發(fā)發(fā)出入入網(wǎng)登登記的的信號號。MES在在空閑閑時，，自動動協(xié)調(diào)調(diào)在NCS發(fā)出出的TDM載波波上，，接收收EGC信信息。。INMARSAT-C系系統(tǒng)LES:是是陸地地網(wǎng)絡絡和移移動終終端的的網(wǎng)關關，地地面站站提供供與陸陸地的的電傳傳網(wǎng)絡絡，海海事遇遇險路路由和和PSTN/PSDN網(wǎng)網(wǎng)絡接接口。。來自自MES的的信息息經(jīng)衛(wèi)衛(wèi)星轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到到LES后后，信信息被被儲存存處理理，然然后再再經(jīng)公公眾電電傳或或數(shù)據(jù)據(jù)網(wǎng)絡絡發(fā)送送到目目的地地。反反之亦亦然。。識別碼碼由三三位數(shù)數(shù)字組組成：：例如如，中中國211POR/311(IOR)等等INMARSAT-C系系統(tǒng)移動站站（MES）自自識別別碼首首位為為4，，其他他基本本與B站一一樣。。移動站站（MES）是是由DCE(Data,CircuitEquipment數(shù)數(shù)據(jù)線線路控控制單單元））和DTE（（DataTerminalEquipment數(shù)數(shù)據(jù)終終端設設備））兩個個單元元組成成。DCE是與與衛(wèi)星星通信信信道道的接接口，，進行行數(shù)據(jù)據(jù)處理理與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，，把要要發(fā)射射的數(shù)數(shù)字信信號變變化為為射頻頻信號號，把把接收收的射射頻信信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成數(shù)字字信號號。目目前，，有單單獨的的設置置的DCE,也也有直直接接接入衛(wèi)衛(wèi)星天天線單單元的的。DTE提供供人機機接口口，與與計算算機相相連完完成電電文編編輯，，打印印等。。移動站站（C站））自識識別碼碼構(gòu)成成移動站站（C站））自識識別碼碼由9位十十進制制數(shù)字字構(gòu)成成。首首位為為4，，2-4位為為對應應的國國家或或地區(qū)區(qū)的海海上識識別MID碼（（中國國為412或413）。。其余余5位位數(shù)字字前3位（（5-7位位）為為船舶舶的識識別，，后兩兩位為為隨機機數(shù)。。格式式見P118.C站通信信地址碼碼的構(gòu)成成：1）向海海上MES通信信呼叫的的地址碼碼為：洋洋區(qū)碼（（3位））+MES編碼碼（9位位）如：：582441234567（呼叫叫太平洋洋區(qū)域的的船舶））2）向陸陸地用戶戶通信呼呼叫的地地址碼為為：國家家碼（3位）+用戶電電傳碼或或E-MAIL地址。。3）需要要陸地特特別業(yè)務務服務通通信呼叫叫的地址址碼：直直接輸入入兩位業(yè)業(yè)務代碼碼。CES/LESNCSSES/MES站際信令令信道信令信道道信息信道道CESTDM信道NCSTDM信道信令信道道TDM信信道/TDMChannel信令信道道/SignalingChannel主要用用于傳送送短信息息。方向向SES/MES→NCS/CES/LES信息信道道/MessageChannel主要要傳送電電傳和數(shù)數(shù)據(jù)信息息。方向向SES/MES→CES/LES站際信令令信道/InterstationSignalingChannelC系統(tǒng)信信道結(jié)構(gòu)構(gòu)示意圖圖遇險通信信情況緊急急時的操操作：直直接啟動動C站報報警按鍵鍵，發(fā)送送信息到到RCC.如果在遇遇險報警警發(fā)射后后5分鐘鐘內(nèi)沒有有收到岸岸站或RCC收收妥通知知，就必必須重新新發(fā)射遇遇險報警警。C站沒入入網(wǎng)或沒沒PVT或設置置EGC-ONLY狀狀態(tài)下。。不影響響遇險報報警。時間許可可情況下下的操作作按常規(guī)規(guī)通信操操作，但但要選擇擇遇險（（DISTRESS)的通信信級別。。報警的內(nèi)內(nèi)容：直直接報警警與編輯輯報警區(qū)區(qū)別。誤報警的的操作程程序誤報警的的處理：：一旦發(fā)發(fā)生誤報報警，應應立即編編輯電文文，并設設置通信信等級為為遇險等等級，將將信息及及時發(fā)給給船舶航航行所在在的洋區(qū)區(qū)的RCC，并并等待其其信息收收妥回執(zhí)執(zhí)。或通通過其他他的GMDSS設備發(fā)發(fā)送電文文解除報報警信息息,同時向公公司的主主管部門門報告。。INMARSAT-F2002年，INMARSAT推出出INMARSAT-F降低通信信費用提高通話話質(zhì)量具備多媒媒體高速速數(shù)據(jù)傳傳輸Internet網(wǎng)絡絡傳輸同時又具具有全球球單一（（不分洋洋區(qū)）網(wǎng)網(wǎng)絡接續(xù)續(xù)號碼功功能INMARSAT-F系統(tǒng)特特點INMARSAT-F系統(tǒng)為為全球區(qū)區(qū)域網(wǎng)絡絡提供服服務?？煽蛇M行低低成本的的普通語語言通信信和高質(zhì)質(zhì)量的語語音通信信。傳真真（G4），高高速數(shù)據(jù)據(jù)傳輸，，提供ISDN和MPDS業(yè)業(yè)務，實實現(xiàn)通信信網(wǎng)絡的的互聯(lián)互互通。F77終終端是移移動多媒媒體在海海事領域域的延伸伸。具有有如下功功能：1）設置置4個通通信級別別：遇險險，緊急急，安全全，常規(guī)規(guī)，而且且容許雙雙向高級級別的通通信呼叫叫。2））可以工工作在全全球波束束。3））可選的的差分全全球定位位系統(tǒng)（（DGPS)服服務增強強了GPS的定定位功能能。F55和F33是是適用中中小船舶舶的通信信系統(tǒng)，，與F77相比比價格更更便宜，，但不具具備遇險險通信功功能。三三種性能能比較見見下頁。。INMARSAT-F系統(tǒng)特特點終端設備備可分為為F77、、F55、F33后面的數(shù)數(shù)字表示示終端天天線尺寸寸F77用用于大型型船舶，，它具有有INMARSAT-F的全全部功能能F55、、F33是在游游艇和漁漁船上使使用，它它沒有語語音報警警功能。。遇險優(yōu)先先功能F系統(tǒng)中中的優(yōu)先先級別控控制：語語音通信信高于