國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹

1、北京米波通信技術(shù)有限公司國際海事衛(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14目 錄1 系統(tǒng)概述11.1 INMARSAT發(fā)展背景11.2 INMARSAT在衛(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 INMARSAT系統(tǒng)的構(gòu)成32.1 空間段32.2 地面段52.2.1 衛(wèi)星控制中心（SCC）62.2.2 網(wǎng)絡(luò)控制中心（NCC）62.2.3跟蹤遙測(cè)指控站（TT&C）62.2.4 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站（NCS）62.2.5 地面關(guān)口站（LES）6

2、3 INMARSAT系統(tǒng)的移動(dòng)終端73.1 INMARSAT-B83.2 INMARSAT-C83.3 INMARSAT-M93.4 INMARSAT Mini-M系統(tǒng)103.5 INMARSAT-Aero103.6 INMARSAT-F113.7 BGAN終端123.8 ISATPHONE終端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(jiǎn)稱INMARSAT，于1979年7月16日正式成立，成員國由當(dāng)時(shí)的28個(gè)已發(fā)展到目前的近百個(gè)，INMARSAT總部設(shè)在倫敦，主要負(fù)責(zé)操作、管理、經(jīng)營INMARSAT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(dòng)衛(wèi)

3、星公眾通信和遇險(xiǎn)安全通信業(yè)務(wù)的國際組織。INMARSAT衛(wèi)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(xiǎn)呼叫、緊急安全通信、電話、用戶電報(bào)、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，INMARSAT大會(huì)通過了INMARSAT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(dòng)通信領(lǐng)域，并于1990年開始提供全球性衛(wèi)星航空移動(dòng)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(dòng)衛(wèi)星通信組織，1999年改制為

4、股份制公司，2005年初成功上市，至今運(yùn)轉(zhuǎn)良好，是全球移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的主要提供者，在世界移動(dòng)衛(wèi)星通信領(lǐng)域占有極其重要的地位。1.2 INMARSAT在衛(wèi)星通信領(lǐng)域的重要性l INMARSAT系統(tǒng)是全球唯一同時(shí)承擔(dān)衛(wèi)星移動(dòng)通信和遇險(xiǎn)安全通信的衛(wèi)星通信系統(tǒng)；l INMARSAT系統(tǒng)成立時(shí)間早、占有市場(chǎng)份額大、運(yùn)營良好、終端類型多、業(yè)務(wù)種類全面；l INMARSAT系統(tǒng)最初由各國政府投資組建，影響廣泛；l INMARSAT系統(tǒng)通信體制成熟，衛(wèi)星先進(jìn)，地面站遍布全球;l 各國軍方都將INMARSAT衛(wèi)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INMARSAT海事衛(wèi)星通信

5、系統(tǒng)提供海事、航空、陸地移動(dòng)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)據(jù)及IP數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)類型，其應(yīng)用遍布海上作業(yè)、礦物開采、救災(zāi)搶險(xiǎn)、野外旅游、軍事應(yīng)用等各個(gè)領(lǐng)域。l 1999年中國駐南斯拉夫大使館被炸時(shí)，駐南使館的記者正是通過海事衛(wèi)星電話，把這個(gè)消息傳到新華社；科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)也采用了Inmarsat設(shè)備為主要通訊設(shè)備。l 2003年伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)期間中央電視臺(tái)赴前線記者發(fā)送回國的語音和圖像等戰(zhàn)地報(bào)道也是通過了海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)。l 2006年印尼海嘯后，我們國家派出的地震救援隊(duì)帶去的通信設(shè)備也是海事衛(wèi)星電話。l 2008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(chǎng)指揮就是用海事

6、衛(wèi)星電話。l 2008年5月汶川大地震用于救災(zāi)的終端總量接近2000臺(tái)。1.4 INMARSAT通信體制和技術(shù)參數(shù)1.4.1 通信體制系統(tǒng)采用了FDMA/TDM/TDMA/SDMA/SCPC等通信體制。1.4.2 頻率范圍l 饋線鏈路（衛(wèi)星與地面站之間）：C頻段 上行 6424.06575.0MHz 下行 3550.03700.0MHzl 用戶鏈路（衛(wèi)星與用戶終端之間）：L頻段 上行 1626.51660.5MHz 下行 1525.01559.0MHz1.4.3 調(diào)制方式系統(tǒng)采用了BPSK、O-QPSK、/4QPSK 、16QAM等調(diào)制方式。1.4.4 編碼方式系統(tǒng)采用了卷積碼、Turbo碼等

7、編碼方式。2 INMARSAT系統(tǒng)的構(gòu)成INMARSAT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1 INMARSAT系統(tǒng)組成框圖2.1 空間段INMARSAT衛(wèi)星通信系統(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13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-1、INMARSAT-2、INMARSAT-3、INMARSAT-4四代衛(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(gè)洋區(qū)，這些衛(wèi)星除了提供海上服務(wù)外，還可

8、以為空中、陸地移動(dòng)用戶電話、用戶電報(bào)、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)星具有5個(gè)可控制的點(diǎn)波束能對(duì)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(diǎn)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2005年至2008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(dòng)通信服務(wù)的能力，同時(shí)也支持傳統(tǒng)的電路交換服務(wù)，例如

9、語音和ISDN，支持現(xiàn)有后臺(tái)管理系統(tǒng)，同時(shí)提供清晰的IP 路由；第四代分別定點(diǎn)在亞洲和太平洋、歐洲和非洲、南北美洲區(qū)域上空。表1 INMARSAT衛(wèi)星參數(shù)性能對(duì)比INMARSAT-2INMARSAT-3INMARSAT-4衛(wèi)星顆數(shù)453覆蓋方式全球波束1個(gè)全球波束5個(gè)寬點(diǎn)波束1個(gè)全球波束19個(gè)區(qū)域點(diǎn)波束228個(gè)窄帶點(diǎn)波束EIRP39 dBW49 dBW67dBW信道4個(gè)信道帶寬4.57.3MHz46個(gè)信道帶寬0.92.2MHz630個(gè)信道帶寬200KHz設(shè)計(jì)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2 INMARSAT-3的全球波束覆蓋圖 圖3

10、 INMARSAT-3寬點(diǎn)波束覆蓋圖圖4 INMARSAT-4的覆蓋圖 圖5 INMARSAT-4區(qū)域/窄帶點(diǎn)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-3、INMARSAT-4兩代衛(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、C、D、M、Mini-M、M4、F系列等類型終端提供服務(wù)，第四代主要為BGAN、FleetBGAN、ISATPhone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(cè)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。2

11、.2.1 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(cè)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(cè)控站對(duì) Inmarsat 衛(wèi)星進(jìn)行控制和管理。2.2.2 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(duì)整個(gè)Inmarsat通信網(wǎng)的運(yùn)營和管理。具體表現(xiàn)為：監(jiān)測(cè)、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(shí)對(duì)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(duì)有關(guān)運(yùn)行事務(wù)進(jìn)行協(xié)調(diào)。2.2.3跟蹤遙測(cè)指控站（TT&C）跟蹤遙測(cè)指令站直接對(duì)INMARSAT

12、衛(wèi)星進(jìn)行控制和管理。全球設(shè)立了四個(gè)測(cè)控站，加拿大的考伊琴湖（Lake Cowichan）、彭南特角 (Pennant Point)、意大利的福希諾(Fucino)和中國的北京（Beijing）。2.2.4 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站（NCS）協(xié)調(diào)站是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。每個(gè)洋區(qū)各設(shè)有一個(gè)NCS，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NCS設(shè)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）。2.2.5 地面關(guān)口站（LES）陸地地球站簡(jiǎn)稱地面站，其基本作

13、用是經(jīng)由衛(wèi)星與移動(dòng)站進(jìn)行通信，并為移動(dòng)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。現(xiàn)在大 約有40個(gè)地面站分布在31個(gè)國家。Inmarsat系統(tǒng)的每個(gè)地面站都有一個(gè)唯一的與之關(guān)聯(lián)的識(shí)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(gè)控制和接入中心。該站采用天線口徑為1114米拋物面天線，工作方式為雙頻段（C頻段和L頻段）。為了實(shí)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

14、個(gè)頻段用一副，C頻段天線因饋源簡(jiǎn)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 INMARSAT系統(tǒng)的移動(dòng)終端INMARSAT系統(tǒng)為航海、航空與地面用戶提供全球移動(dòng)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 、D、E、M、Mini-M、M4、F標(biāo)準(zhǔn),以至到2003年推出的RBGAN業(yè)務(wù)、2005年推出的陸上寬帶BGAN業(yè)務(wù)、2007年推出的FleetBroadband和SwiftBroadband等業(yè)務(wù)。表2 INMARSAT常用終端的主要特征BMMini-MM4F77BGAN語音(kbps)166.44.84.84.84電傳傳真(

15、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)6464128群呼調(diào)制方式O-QPSKBPSKO-QPSKBPSKO-QPSKBPSKO-QPSKBPSK16QAMO-QPSKBPSK16QAMQPSK/4QPSK16QAM編碼方式卷積碼卷積碼卷積碼Turbo碼Turbo碼Turbo碼啟用時(shí)間1993年1993年1996年1999年2002年2005年3.1 INMARSAT-BINMARSAT-B系統(tǒng)采用的設(shè)備，其結(jié)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

16、，提供高質(zhì)量的通信，并使空間段費(fèi)用和服務(wù)費(fèi)降低。表4列出了INMARSAT-B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36dBW減小到33dBW或者更低。為了適應(yīng)第三代衛(wèi)星的點(diǎn)波束通信，采用了3dB步進(jìn)跟蹤。表3 INMARSAT-B系統(tǒng)船載地面站的主要特性工作頻段1626.51645.5MHz SESCES SES：船載站1525.01545.0MHz SESCES CES：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EIRP33，29，25dBW HPA：30WG/T-4dBK LNA噪聲溫度：100K海用B終端 陸用B終端3

17、.2 INMARSAT-CINMARSAT-C移動(dòng)地面站采用了一種小而簡(jiǎn)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)接口，使用戶能夠接上自己的計(jì)算機(jī)設(shè)備。表5是這種系統(tǒng)的主要特性。航空C終端海用Mini-C終端 表4 INMARSAT-C系統(tǒng)移動(dòng)地面站的主要特性工作頻段1626.51646.5MHz MESLES MES：移動(dòng)站1530.01545.0MHz MESLES LES：陸地

18、站極化右旋圓極化天線增益正常值0dBi 全向天線EIRP16dBW HPA：20WG/T-23dBK LNA噪聲溫度：100KINMARSAT-C一般采用四線螺旋天線、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?yàn)樵诖斑\(yùn)動(dòng)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(diǎn)就是其外形很低。3.3 INMARSAT-MINMARSAT-M系統(tǒng)所用的天線類型取決于終端的使用場(chǎng)合，海上、陸上移動(dòng)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-M終端天線。這是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊且效率高的船載天線，但

19、帶寬較窄，只有3%，這對(duì)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(gè)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低于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(jiǎn)單而緊湊的天線，適合用于小型船只。該天線的直徑為40cm，天線（包括穩(wěn)定器）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，INMARSAT終端中有時(shí)也采用陣列天線。表5 INMARSAT-M 系統(tǒng)的移動(dòng)站的主要性能工作頻段1626.51646.5MHz ME

20、SCES MES：移動(dòng)站1530.01545.0MHz MESCES 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EIRP27.21dBW HPA：20WG/T-10dBK(海上); -12dBK (陸地) LNA噪聲溫度：100K3.4 INMARSAT Mini-M系統(tǒng)Mini-M系統(tǒng)是M系統(tǒng)的微型化系統(tǒng)，使用INMARSAT第三代衛(wèi)星的點(diǎn)波束，提供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(jià)格最低廉的便攜式終端，重量只有2kg左右，與一個(gè)筆記本計(jì)算機(jī)大小一般。 M

21、終端 Mini-M終端3.5 INMARSAT-AeroINMARSAT于1991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），采用低增益天線（0dBi），這類站將來主要用于空中交通控制（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

22、是將第一類與第三類結(jié)合在一起，同時(shí)使用有高增益與低增益天線，能夠提供各種航空通信。表6 INMARSAT系統(tǒng)AES的主要性能工作頻段1626.5-1660.5MHz AESGES1525.0-1559 .0MHz GESAES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噪聲溫度150K150K目前世界上許多航空公司使用INMARSAT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(gè)國家的40多航空公司。這些公司的飛機(jī)上都裝有機(jī)

23、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(gè)標(biāo)志。中國（包括臺(tái)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-F系列終端包括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(shí)，也能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(xiǎn)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，INMARSAT