《GMDSS綜合業(yè)務(wù)》第09章 Inmarsat F系統(tǒng)及其船舶地球站

GMDSS綜合業(yè)務(wù)第九章InmarsatF系統(tǒng)及其船舶地球站

第九章INMARSAT-F系統(tǒng)及其船站

一、F系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及信道二、系統(tǒng)接續(xù)控制三、系統(tǒng)通信接續(xù)過程四、船站組成及主要終端技術(shù)五、船舶常用的衛(wèi)星天線六、F系統(tǒng)及其應(yīng)用2/125一、F系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及信道1、系統(tǒng)發(fā)展歷程Inmarsat-B系統(tǒng)1993年1993年M系統(tǒng)簡化掉電傳

1997年Mini-M改為點(diǎn)波束工作方式2000年M4系統(tǒng)（多媒體Mini-M系統(tǒng)）2002年多媒體Mini-M（即F系統(tǒng)）只能進(jìn)行遇險報警而不具有遇險通信能力不具有遇險通信和遇險報警的能力實(shí)現(xiàn)多媒體通信高速數(shù)據(jù)信道只適用于陸地移動用戶和飛機(jī)用戶常規(guī)通信。海用型唯一一個與四代衛(wèi)星點(diǎn)波束的技術(shù)兼容的系統(tǒng)，有遇險報警和遇險通信A系統(tǒng)的數(shù)字化3/1252、F系統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)種類電話傳真數(shù)據(jù)（低速、高速）電傳LESLES國際/國內(nèi)電信網(wǎng)絡(luò)64Kbit/s高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)B系統(tǒng)可選F系統(tǒng)必備僅限于B站4/1253、主要特點(diǎn)（3）f發(fā)-f收≠常數(shù)，減少了互調(diào)干擾（2）功率控制方法不同（1）衛(wèi)星全球波束和點(diǎn)波束工作，但點(diǎn)波束控制方式各有不同。（4）子帶信令信道控制與ISDN網(wǎng)完全兼容，可直接接入ISDN網(wǎng)SCPC信道中每一個時隙都包含信息和信令兩部分，其中的信令就稱為子帶信令。5/1254、信道結(jié)構(gòu)（1）五種信道TDM信道信令信道TDMA信道

數(shù)據(jù)信道話音信道LESNCSSESTDM信道信令信道TDMA信道TDM信道信令信道TDMA信道數(shù)據(jù)信道話音信道TDM信道TDM信道6/125（2）信道的功能LESNCSSESNCS

TDM

信

道LES

TDM

信

道

TDM信道：NCSTDM和LESTDMB：2，F(xiàn)：4

公共信道分配信道點(diǎn)波束信道洋區(qū)注冊確認(rèn)信道NCS至LES的站際信道分配信道電傳信道（僅限于B系統(tǒng)）LES至NCS的站際信道空閑時自動守聽NCS公共TDM信道船岸建立通信鏈路后，守聽岸站TDM信道發(fā)布岸至船的呼叫通告、布告板信息及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息

7/125LESNCSSES船至岸

信令信道信令信道：兩種信令信道都包括：申請信道、呼叫確認(rèn)信道、洋區(qū)注冊信道。

船至NCS信令信道信令信道采用突發(fā)形式發(fā)射

使用時不會中斷公共TDM載波的接收。

移動站開機(jī)后會自動進(jìn)行洋區(qū)注冊，

轉(zhuǎn)換洋區(qū)會自動重新注冊。

移動站斷電，洋區(qū)注冊解除。注：8/125LESNCSSESTDMA

信

道TDMA信道：移動站響應(yīng)信道

TDMA信

道B系統(tǒng)電傳信道B系統(tǒng)岸至移動站的電傳信息經(jīng)LESTDM信道傳送；

移動站至岸的電傳信息經(jīng)SESTDMA信道傳送

注：9/125LESNCSSES話音信道話音信道和數(shù)據(jù)信道：數(shù)據(jù)信道雙向信道用于傳送電話和話音波段的數(shù)據(jù)雙向信道分低速和高速數(shù)據(jù)信道10/125LES電話話音波段數(shù)據(jù)（2.4Kbit/s）傳真數(shù)據(jù)（9.6Kbit/s）高速數(shù)據(jù)（64Kbit/s)電傳信息船站響應(yīng)信道分配洋區(qū)登記公共信道信道分配點(diǎn)波束信道洋區(qū)登記確認(rèn)信道分配申請廣播呼叫申請分配信息船站申請呼叫確認(rèn)

信道分配

電傳信息11/125二、系統(tǒng)接續(xù)控制SCPC信道模式控制

B/F數(shù)據(jù)和話音信道均屬SCPC信道，由NCS按需分配。信息按幀傳送，每幀的頭部都有獨(dú)特字UW，通過設(shè)置獨(dú)特字來實(shí)現(xiàn)SCPC信道模式的識別。規(guī)定：UW1～UW4：用于語音和低速數(shù)據(jù)模式UW5：用于帶內(nèi)信令模式UW6：用于64Kbit/s數(shù)據(jù)模式UW7：用于64Kbit/s信道帶內(nèi)信令模式12/1251、點(diǎn)波束控制（1）B船站：B船站NCS存儲最好點(diǎn)波束采用點(diǎn)波束標(biāo)識載波掃描法三代星63個寬點(diǎn)波束

B/F系統(tǒng)信息信道可使用全球波束和點(diǎn)波束，LES和NCS根據(jù)MES申請時提供的地理位置和信號強(qiáng)度，按點(diǎn)波束優(yōu)先的原則為其分配點(diǎn)波束或全球波束。信令信道均使用全球波束。二、系統(tǒng)接續(xù)控制最佳點(diǎn)波束的選擇：在TDM幀的點(diǎn)波束信道上連續(xù)發(fā)射點(diǎn)波束及全球波束識別載波規(guī)定掃描間隔8小時。用15分鐘完成63個寬點(diǎn)波束識別的掃描申請或響應(yīng)信道時將之告訴LES或NCS13/125（2）F船站：采用增強(qiáng)點(diǎn)波束選擇法四代星253個窄點(diǎn)波束由用戶選擇：

船站有GPS，自動根據(jù)船位及點(diǎn)波束圖，選擇點(diǎn)波束ID，呼叫時通過“申請”傳遞給NCS由其分配。二種點(diǎn)波束選擇方法：由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站選擇：

NCS根據(jù)船站提供的位置和點(diǎn)波束圖，來確定點(diǎn)波束ID。布告板增加了點(diǎn)波束地圖移動站含有定位系統(tǒng)布告板點(diǎn)波束地圖位置信息系統(tǒng)（內(nèi)置GPS）14/125（1）B船站B船站NCS在TDM幀的點(diǎn)波束信道上發(fā)射各點(diǎn)波束識別載波間隔大約8小時，用15分鐘完成63個點(diǎn)波束識別存儲最好點(diǎn)波束申請或響應(yīng)時將之告于LES或NCS（2）F船站增強(qiáng)點(diǎn)波束選擇

基于布告板點(diǎn)波束地圖廣播和位置信息系統(tǒng)點(diǎn)波束標(biāo)識載波掃描法三代星63個點(diǎn)波束四代星253個點(diǎn)波束F船站有GPS②根據(jù)位置和點(diǎn)波束圖提供點(diǎn)波束ID

NCS①根據(jù)位置及點(diǎn)波束圖，選擇點(diǎn)波束ID，呼叫時通過“申請”傳遞給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站15/1252、功率控制功率控制目的：控制機(jī)制：LES的發(fā)射功率SES的發(fā)射功率LESSES前向功率：前向前向返向功率：返向有效利用功率（用最小的功率達(dá)到最好的通信效果）通過信號質(zhì)量控制LES和SES功率②F系統(tǒng)根據(jù)SES天線仰角參數(shù)控制LES功率根據(jù)業(yè)務(wù)種類和工作衛(wèi)星控制SES功率①B系統(tǒng)一旦選定，通信中不再修改！和B一樣取決于信號載噪比480ms測量一次LES/SES功率=初始功率設(shè)置調(diào)整功率值+16/125(1)B系統(tǒng)：船→岸岸→船3、優(yōu)先權(quán)控制方向可實(shí)現(xiàn)4個級別的優(yōu)先權(quán)搶占功能方向可實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級別的廣播通信無法實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級別的點(diǎn)對點(diǎn)通信優(yōu)先權(quán)搶占：信道忙時，系統(tǒng)按優(yōu)先級別實(shí)施信道分配和使用。17/125（2）F系統(tǒng)：方向可實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)搶占功能船岸→←不同業(yè)務(wù)種類話音優(yōu)先于數(shù)據(jù)（看做常規(guī)）同一話音業(yè)務(wù)遇險高于緊急，緊急高于安全，安全高于常規(guī)同一呼叫等級船發(fā)起高于岸發(fā)起3、優(yōu)先權(quán)控制（3）優(yōu)先權(quán)劃分1999年IMO規(guī)定：新開發(fā)的系統(tǒng)應(yīng)在MES、LES、NCS中加入優(yōu)先權(quán)控制功能。注意：岸發(fā)起的遇險優(yōu)先級別呼叫必須經(jīng)RCC授權(quán)。F系統(tǒng)是目前唯一一個滿足GMDSS新標(biāo)準(zhǔn)要求的系統(tǒng)。18/125①移動站MES2向岸站LES2發(fā)射較高優(yōu)先等級的話音呼叫申請。②岸站LES2收到申請后，向網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站NCS發(fā)送請求信道分配申請。③NCS收到該較高優(yōu)先等級的申請后，檢查信道，信道擁擠，隨機(jī)選擇一個正在與MES1進(jìn)行常規(guī)通信的岸站LES1，向其啟發(fā)“優(yōu)先權(quán)控制”。④LES1向MES1發(fā)“信道釋放”信令，要求清除呼叫。⑤MES1向LES1響應(yīng)清除呼叫后，進(jìn)入“空閑”狀態(tài)，此時LES1與MES1之間的通信中斷，讓出信道。⑥LES1通知NCS呼叫清除。⑦NCS收到呼叫清除通知后，為建立新的呼叫，向LES2和MES2分配信道。⑧LES2和MES2較高優(yōu)先等級的新呼叫建立。F系統(tǒng)優(yōu)先權(quán)搶占功能（信道、MES優(yōu)先權(quán)控制）19/125SESNCSLES①④②①

SES通過信令信道向LES發(fā)出通信申請，并繼續(xù)守聽

NCSTDM信道。

②LES向NCS提出話音信道

分配申請。

③NCS通過其TDM信道分別向LES及SES分配信道。③1、F站船岸電話信道建立過程④LES與SES轉(zhuǎn)換頻率“握手”、船站撥號、建立電話/傳真信道

20/125三、系統(tǒng)通信接續(xù)過程2、F站船至岸數(shù)據(jù)通信的接續(xù)Inmarsat數(shù)據(jù)通信模式：分組交換模式：信息打包、分組傳輸電路交換模式：建立物理鏈路、按需分配同步工作方式異步工作方式收發(fā)雙發(fā)的時鐘一致應(yīng)用于InmarsatF系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（64Kbit/s）使用ISDN網(wǎng)接入設(shè)備收發(fā)雙發(fā)的時鐘不一致數(shù)據(jù)傳輸以字符為單位應(yīng)用于InmarsatF系統(tǒng)的低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（9.6Kbit/s）使用PSTN網(wǎng)接入設(shè)備21/1253、F系統(tǒng)船至岸數(shù)據(jù)通信的接續(xù)ModemISPInternetISDNMPDSPSTNCESSESISPISP：為業(yè)務(wù)信息提供商虛線表示B站無，F(xiàn)站有的功能22/125

說明：船至岸有兩種撥號方式：

①經(jīng)岸站直接撥陸地用戶數(shù)字終端設(shè)備號碼。如：

00

86

10125294321。

②經(jīng)岸站撥接入點(diǎn)號碼，通過ISP接入或通過岸站專用服務(wù)號碼接入。該方式主要用于Internet接入。如：通過中國北京的服務(wù)商，撥00

86

10

16900

號碼

進(jìn)行Internet連接；

或通過中國北京岸站互聯(lián)網(wǎng)專用接入碼，撥61

號碼進(jìn)行Internet連接。23/125電路交換模式數(shù)據(jù)通信接續(xù)過程①船舶用戶向岸站提出數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)申請；

②岸站收到申請后向網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站申請信道分配；

③網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站分別向岸站、船站分配SCPC

數(shù)據(jù)通信信道；

④船岸間信令交換、地址交換，進(jìn)入相應(yīng)的陸地

網(wǎng)，信道建立。24/125分組交換模式數(shù)據(jù)通信接續(xù)過程①船舶用戶向MPDS業(yè)務(wù)岸站提出業(yè)務(wù)申請；

②岸站將收到的申請信息發(fā)送給區(qū)域地面站

（RLES），負(fù)責(zé)通信狀態(tài)記錄；

③同時，岸站將申請信息發(fā)送給主地面站

（HLES），負(fù)責(zé)賬單管理；

該模式僅適用于F站25/1254、船→船通信接續(xù)26/125接續(xù)過程如下：②SES2回復(fù)信息，先發(fā)給LES，再經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給SES1。注意：①必須正確輸入被呼船舶的洋區(qū)接入碼，對于具有洋區(qū)自動識別功能的LES可使用通用洋區(qū)碼“870”。。②由于是船至岸和岸至船兩個過程的接續(xù)，所以存在較大的時延。對于不同洋區(qū)船舶間的通信，接續(xù)的岸站應(yīng)能夠?qū)蓚€船舶注冊的洋區(qū)提供轉(zhuǎn)接服務(wù)。

SES1發(fā)信息給LES，再經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給SES2；4、船→船通信接續(xù)27/125四、船站組成及主要終端技術(shù)電話電話蜂鳴器遇險報警盒信用卡電話遇險信息產(chǎn)生器F船站外圍設(shè)備28/55B家族船站M4站M

站Inmarsat-B29/125MINI-M移動站便攜型船載型車載型經(jīng)濟(jì)型30/1251、船站組成框圖31/125天線向某一方向輻射電磁波。定向天線：1、Inmarsat天線的基本類型五、船舶常用的衛(wèi)星天線C系統(tǒng)全向天線拋物面天線相控陣天線B/F系統(tǒng)定向天線全向天線（無方向性天線）：天線向各方向均勻輻射電磁波。32/1252、天線控制系統(tǒng)的作用及補(bǔ)償方法3、補(bǔ)償機(jī)理（1）控制平臺（X軸,Y軸）：（2）水平平面（AZ軸）：方位角控制，由天線自動跟蹤電路控制①作用：補(bǔ)償天線指向誤差補(bǔ)償船舶縱、橫搖由陀螺羅經(jīng)提供控制Y軸(±10o)X軸(±30o)船首平臺AZ軸(00±270o)EL軸(5o±90o)（3）垂直平面（EL軸）：仰角運(yùn)動，補(bǔ)償位置變化②方法：在

建立有

自由度的軸控制平臺上兩個平面運(yùn)動33/125（4）AZ軸控制當(dāng)θAZ=θh+θa時天線對準(zhǔn)衛(wèi)星幾個角度的關(guān)系衛(wèi)星方位角θAZ天線方位角θa航向角θhN正北航首方向天線方向θAZθhθa天線方向衛(wèi)星方向34/1254、天線自動跟蹤控制天線跟蹤方法A

●

B

●

C

●

D

●

E

●

F●

天線角度對準(zhǔn)衛(wèi)星接收電平步進(jìn)跟蹤法工作原理注：衛(wèi)星發(fā)射信號，接收NCSTDM信號電平最大為原則用機(jī)械方法驅(qū)動天線使波束指向衛(wèi)星。①機(jī)械跟蹤：通過電子控制改變天線波束方向跟蹤衛(wèi)星。②電子跟蹤：設(shè)：初始接收信號電平為A，天線由A→B；B>A電平，步進(jìn)方向不變→C；C>B電平，步進(jìn)方向不變→D；D

<C電平，→反方向步進(jìn)；最后穩(wěn)定在B、C、D三點(diǎn)。35/125機(jī)械跟蹤天線——常用拋物面天線注意：要有機(jī)械伺服驅(qū)動系統(tǒng)36/125圖片2：電子跟蹤天線——常用相控陣天線注意：通過改變移相器的相移值，控制天線波束方向來跟蹤衛(wèi)星37/1251、F系統(tǒng)主要特點(diǎn)及分類衛(wèi)星全球波束工作和點(diǎn)波束工作，采用“增強(qiáng)點(diǎn)波束選擇”機(jī)制；采用“根據(jù)信號質(zhì)量控制發(fā)射功率”的發(fā)射功率控制方式；通信接口豐富且符合國際規(guī)范；可直接通過PSTN、ISDN網(wǎng)與陸地Internet網(wǎng)連通；滿足IMOGMDSS新要求可實(shí)現(xiàn)NCS、LES、MES之間分層優(yōu)先級呼叫；MES內(nèi)置GPS進(jìn)行定位。主要特點(diǎn):

六、F系統(tǒng)及其應(yīng)用38/125分類衛(wèi)星覆蓋GMDSS要求備注F77全球波束、點(diǎn)波束滿足IMOResolutionA.888(21)語音優(yōu)先F55全球波束、點(diǎn)波束不滿足GMDSS要求（不能進(jìn)行遇險報警及遇險通信）無語音遇險安全呼叫F33同上同上不具有G4傳真F系統(tǒng)船站分類及其區(qū)別P15839/1252、F系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)通信業(yè)務(wù)種類：

電話低質(zhì)量電話（4.8kbps）高質(zhì)量電話（64kbps）傳真G3傳真機(jī)（9.6kbps或14.4kbps）G4傳真機(jī)（64kbps）

數(shù)據(jù)ISDN

業(yè)務(wù)（

64

kbps）MPDS業(yè)務(wù)（最高64kbps，一般是20kbps）40/1253、ISDN和MPDS（1）綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDNIntegrated

ServiceDigitalNetwork有多個標(biāo)準(zhǔn)化信道，以組合應(yīng)用為主。有基本速率、基群速率、混合速率三種組合。能夠提供端到端的數(shù)字連接，能通過電路交換、分組交換、無交換連接和公共信令信道進(jìn)行通信?；竟δ埽褐С蛛娫?、傳真、圖文及數(shù)據(jù)等多種電信業(yè)務(wù)基于Inmarsat的ISDN只支持基本速率的電路交換業(yè)務(wù)2B+D標(biāo)準(zhǔn)化通道組合，每個數(shù)據(jù)信道B64Kbps，信令信道D16Kbps。最高速率128kbit/s（2B）。先物理連接，再傳送數(shù)據(jù)最后拆線信道利用率不高！41/125（2）移動包交換MPDS

(Mobile

Package

Data

Service)基本功能分組交換：先分組，再傳輸發(fā)送發(fā)送數(shù)據(jù)分包11010011101?

???????00101001110發(fā)送端首部分包數(shù)據(jù)首部分包首部數(shù)據(jù)發(fā)送接收端數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)首部11010011101?

???????00101001110報文42/125分組數(shù)據(jù)包從