第九章Inmarsat-BF系统及其船站

1、GMDSS通信设备与业务通信设备与业务第九章第九章 Inmarsat-B/FInmarsat-B/F系统及其船站系统及其船站 航海学院航海学院通信教研室通信教研室 第九章第九章 Inmarsat-B/FInmarsat-B/F系统及其船站系统及其船站 一、一、B/FB/F系统结构及信道系统结构及信道二、系统接续控制二、系统接续控制 三、系统通信接续过程三、系统通信接续过程 四、船站组成及主要终端技术四、船站组成及主要终端技术 五、船舶常用的卫星天线五、船舶常用的卫星天线 六、六、F F系统及其应用系统及其应用 七、海事卫星宽带系统及业务简介七、海事卫星宽带系统及业务简介 八、思八、思 考考 题

2、题 一、一、B/FB/F系统结构及信道系统结构及信道1 B/F1 B/F系统发展历程系统发展历程Inmarsat-BInmarsat-B系统系统19931993年年 M M系统系统19931993年年 简化掉电传简化掉电传 Mini-M Mini-M 19971997年年点波束工作的改进点波束工作的改进 M4M4系统系统（多媒体（多媒体Mini-MMini-M系统）系统） 20002000年年多媒体多媒体Mini-MMini-M即即F F系统系统20022002年年只能进行遇险报只能进行遇险报警而不具有遇险警而不具有遇险通信能力通信能力不具有遇险通不具有遇险通信和遇险报警信和遇险报警的能力的能

3、力实现多媒体通信实现多媒体通信 高速数据信道。只适用于陆高速数据信道。只适用于陆地移动用户和飞机用户，只地移动用户和飞机用户，只支持常规通信支持常规通信 海用型海用型唯一一个与四代星点波束兼唯一一个与四代星点波束兼容的系统，有遇险报警和遇容的系统，有遇险报警和遇险通信险通信A系统系统的数的数字化字化2 B/F2 B/F系统的通信业务种类系统的通信业务种类 电话电话传真传真数据（低速、高速）数据（低速、高速）电传电传LESLES国际国内电信网络国际国内电信网络F系统的系统的64Kbit/s高速数高速数据业务必备业务据业务必备业务 仅限仅限于于B站站3 B/F3 B/F系统主要特点系统主要特点f发

4、发-f收收常数，减少了互调干扰常数，减少了互调干扰LES和和SES有不同的有效全向辐射功率有不同的有效全向辐射功率 （EIRP-Effective Isotropic Radiated Power）卫星全球波束和点波束工作卫星全球波束和点波束工作收、发频率不成对收、发频率不成对子带信令信道控制与子带信令信道控制与ISDN网完全兼容网完全兼容 可直接接入可直接接入ISDN网网 4 4 信道构成信道构成（1 1）五种信道）五种信道TDMTDM信道信道信令信道信令信道TDMATDMA信道信道 数据信道数据信道话音信道话音信道LES（2 2） 信道的功能信道的功能电话电话话音波段数据话音波段数据（2.

5、4Kbit/s）传真传真数据（数据（9.6Kbit/s）高速数据（高速数据（64Kbit/s)电传信息电传信息船站响应船站响应信道分配信道分配洋区登记洋区登记公共信道公共信道信道分配信道分配点波束信道点波束信道洋区登记确认洋区登记确认信道分配申请信道分配申请广播呼叫申请广播呼叫申请分配信息分配信息船站申请船站申请呼叫确认呼叫确认 信道分配信道分配 电传信息电传信息二、系统接续控制二、系统接续控制 1 1） 点波束控制点波束控制（1 1） B B船站船站B B船站船站NCSNCS在在TDM帧的点波帧的点波束信道上发射各束信道上发射各点波束识别载波点波束识别载波 间隔大约间隔大约8小时小时 ，用用

6、15分钟完成分钟完成63个个点波束识别点波束识别 存储最好存储最好点波束点波束申请或响应时申请或响应时将点波束告之将点波束告之LES或或NCS （2 2） F F船站船站增强点波束选择增强点波束选择 基于布告板点波束地图广基于布告板点波束地图广播和位置信息系统播和位置信息系统点波束标识载波扫描法点波束标识载波扫描法 三代星三代星63个点波束个点波束四代星四代星253个个点波束点波束F F船站有船站有GPSGPS提供位置，根据位置和点提供位置，根据位置和点波束图确定点波束波束图确定点波束ID NCSNCS根据位置及点波束图，选择点波束根据位置及点波束图，选择点波束ID，呼，呼叫时通过叫时通过“申

7、请申请”传递给网络协调站传递给网络协调站 2 2）功率控制）功率控制（1 1）功率控制目的：）功率控制目的：通过通过SESSES仰角仰角参数控制参数控制LESLES功率功率通过通过业务种类业务种类控制控制SESSES功率功率（2 2）控制机制：）控制机制：通过通过信号质量信号质量控制控制LESLES和和SESSES功率功率LES/SES LES/SES 功率功率=初始值初始值+调整值调整值取决于业务种类和卫星取决于业务种类和卫星取决于信号质量取决于信号质量LESLES的发射功率的发射功率SESSES的发射功率的发射功率LESSES前向功率：前向功率：前向前向返向功率：返向功率：返向有效利用功率

8、、减少电波干扰有效利用功率、减少电波干扰 F F系统系统 B B系统系统设定后设定后恒定恒定F系统系统480ms检测检测并报告并报告LES（1 1）B B系统：系统：船船岸岸岸岸船船（2 2）F F系统：系统：方向可实现优先权抢占功能方向可实现优先权抢占功能船船岸岸不同业务种类不同业务种类高于常规的话音高于常规的话音优先于优先于数据数据同一话音业务同一话音业务遇险高于紧急，紧急高于遇险高于紧急，紧急高于安全，安全高于常规安全，安全高于常规同一呼叫等级同一呼叫等级船船发起发起高于岸高于岸发起发起3 3）优先权控制）优先权控制（3 3）优先权划分）优先权划分方向可实现方向可实现 4 4个级别的优先

9、权抢占功能个级别的优先权抢占功能方向可实现方向可实现4 4个级别的个级别的广播通信广播通信无法无法实现实现点对点点对点通信通信 图 43 信道优先权控制过程方框图 LES2 NCS LES1 MES1 MES2 正在通信 F系统优先权抢占功能系统优先权抢占功能 移动站移动站MES2向岸站向岸站LES2发射较高优发射较高优先等级的话音呼叫申请。先等级的话音呼叫申请。 岸站岸站LES2收到申请后，向网络协调收到申请后，向网络协调站站NCS发送请求信道分配申请。发送请求信道分配申请。 NCS收到该较高优先等级的申请后，收到该较高优先等级的申请后，检查信道，信道拥挤，随机选择一个正检查信道，信道拥挤，

10、随机选择一个正在与在与MES1进行常规通信的岸站进行常规通信的岸站LES1，向其启发向其启发“优先权控制优先权控制”。 LES1向向MES1发发“信道释放信道释放”信令，信令，要求清除呼叫。要求清除呼叫。 MES1向向LES1响应清除呼叫后，进入响应清除呼叫后，进入“空闲空闲”状态，此时状态，此时LES1与与MES1之间之间的通信中断，让出信道。的通信中断，让出信道。 LES1通知通知NCS呼叫清除。呼叫清除。 NCS收到呼叫清除通知后，为建立新收到呼叫清除通知后，为建立新的呼叫，向的呼叫，向LES2和和MES2分配信道。分配信道。 LES2和和MES2较高优先等级的新呼叫较高优先等级的新呼叫

11、建立。建立。用户用户三、系统通信接续过程三、系统通信接续过程1 1 船船岸电传信道建立过程岸电传信道建立过程NCSLESSES船船岸电传通信信道的建立岸电传通信信道的建立NCSNCSLESLESSESSES SES SES申请申请 LES分配信道并告之分配信道并告之NCS LES与与SES “握手握手” LES与与SES识别识别 拨叫用户及与用户识别拨叫用户及与用户识别用户用户2 2 船船岸岸电话电话信道建立过程信道建立过程NCSLESSES船船岸电传通信信道的建立岸电传通信信道的建立NCSNCSLESLESSESSES SES SES申请申请 LES LES请求分配请求分配 LES LES与

12、与SES “SES “握手握手” 船站拨叫用户号码船站拨叫用户号码 NCS NCS分配信道分配信道3. 3. 船至岸数据通信接续船至岸数据通信接续4. 船船船通信接续船通信接续四、船站组成及主要终端技术四、船站组成及主要终端技术 电话电话电话电话蜂鸣器蜂鸣器遇险报警盒遇险报警盒信用卡电话信用卡电话遇险信息产生器遇险信息产生器图片图片1-B1-B船站外围设备船站外围设备图片图片2- B2- B家族船站家族船站M4 站站M 站站Inmarsat-B 图片图片3- Mini-M 3- Mini-M 移动站移动站便携型便携型 船载型船载型 车载型车载型 经济型经济型1、船站组成框图 天线控制 天线控制

13、调制/解调器 低噪声放大器 双工滤波器高功率放大器 甲板上设备 解调器 / 调制器 下变频器 上变频器 基带处理 微机控制 包括： 语音压缩编码 差错控制编码 信令控制及处理 外 围 设 备 甲板下设备 图 49 Inmarsat-B/F 船站组成方框图 1 1、脉冲编码调制基本原理、脉冲编码调制基本原理 2 2 语音压缩编码语音压缩编码1 1）作用：）作用：3 3）抽样周期：）抽样周期：抽样量化编码模拟信号数字信号模模/ /数变换数变换2 2）过程：）过程：采样频率大于模拟信号最高频率的采样频率大于模拟信号最高频率的二倍二倍时，时，就能保证不失真地传输、处理、还原成原就能保证不失真地传输、处

14、理、还原成原来的模拟信号所以脉冲编码调制（来的模拟信号所以脉冲编码调制（PCMPCM）采样频率一般为采样频率一般为8000Hz8000Hz。脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM)(PCM)原理原理模拟信号模拟信号离散时间信号离散时间信号量化信号量化信号数字信号数字信号抽样抽样量化量化编码编码x(t)(t)x(nT)(nT)xg g(nT)(nT)x(n)(n)t tx模拟信号模拟信号量化级别量化级别1 12 23 34 45 56 67 78 8归一化值归一化值0.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.03.53.54.04.0T Tt t1 1离散抽样值离散抽样值2.

15、72.7t t2 22.92.9t t3 32.252.25t t4 41.81.8t t5 52.32.3t t6 63.63.6tntn量化抽样值量化抽样值2.52.53.03.02.02.02.02.02.52.53.53.5量化级别量化级别5 56 64 44 45 57 7对应码组对应码组000000001001010010011011100100101101110110111111PCMPCM码组码组1001001011010110110110111001001101102 2、InmarsatInmarsat船站中的语音压缩编码船站中的语音压缩编码1 1）自适应预测编码（）自适应

16、预测编码（APCAPC）：）：2 2）高级多带激励编码（）高级多带激励编码（AMBEAMBE）：）：先对抽样值预测，再对当前抽样值与预测值之差编码，先对抽样值预测，再对当前抽样值与预测值之差编码，同时量化电平随模拟信号强弱变化同时量化电平随模拟信号强弱变化分析语音分析语音建立模型建立模型获得参数获得参数参数量化参数量化编码编码特点：特点：压缩比大压缩比大Adaptive Predictive CodingAdvanced Multi-Band Excitation天线向各方向均匀辐射电磁波。天线向各方向均匀辐射电磁波。天线向某一方向辐射电磁波。天线向某一方向辐射电磁波。定向天线：定向天线：全向

17、天线（无方向性天线）：全向天线（无方向性天线）：Inmarsat船站船站 B B、MM、Mini-MMini-M、F F Inmarsat C1. Inmarsat1. Inmarsat天线的基本类型天线的基本类型五、船舶常用的卫星天线五、船舶常用的卫星天线C系统全向天线系统全向天线（）抛物面天线（）相控阵天线B/F系统定向天线系统定向天线F系统移动站分类系统移动站分类2. 2. 天线控制系统的作用及补偿方法天线控制系统的作用及补偿方法作用：作用：方法：方法：3. 3. 补偿机理补偿机理（2 2）水平平面（）水平平面（AZAZ轴）：轴）：（3 3）垂直平面（）垂直平面（ELEL轴）：轴）：（1

18、 1）控制平台（）控制平台（X X轴轴,Y,Y轴）：轴）：方位角控制，由天线自动跟踪电路控制方位角控制，由天线自动跟踪电路控制补偿天线指向误差补偿天线指向误差在在 建立有建立有 自由度的轴自由度的轴补偿船舶补偿船舶纵纵、横横摇摆由摇摆由陀陀螺螺仪控制仪控制平台平台Y轴轴(10)X轴轴(30)船首船首AZ轴轴(00270)EL轴轴(590)仰角运动，补偿位置变化仰角运动，补偿位置变化控制平台上控制平台上两个平面运动两个平面运动4 4、AzAz轴控制轴控制天线的自动回绕天线的自动回绕当当 AZ AZ = = h h + + a a 时时天线对准卫星天线对准卫星通常规定天线相对航首通常规定天线相对航

19、首方向旋转极限角度为方向旋转极限角度为250250超过该范围自动回绕超过该范围自动回绕3603601 1）几个角度的关系）几个角度的关系卫星卫星方位角方位角AZ天线方位角天线方位角aa航向角航向角hhN N 正北正北航首方向航首方向天线方向天线方向250250AZAZh haa天线方向天线方向卫星方向卫星方向2 2）天线自动跟踪控制）天线自动跟踪控制（1 1）天线跟踪方法）天线跟踪方法 A B C D E F 天线角度天线角度对准卫星对准卫星接收电平接收电平用机械方法驱动天线使波束指向卫星用机械方法驱动天线使波束指向卫星（系统包括稳定平台，常采用步进跟踪控制）通过电子控制改变天线波束方向跟踪卫

20、星通过电子控制改变天线波束方向跟踪卫星步进跟踪法工作原理步进跟踪法工作原理设：初始电平为设：初始电平为 A A，天线由，天线由ABAB； B AB A电平，步进方向不变电平，步进方向不变CC； C BC B电平，电平，步进到步进到D D； D D电平电平 C C电平，电平， 反方向步反方向步进，最后稳定在进，最后稳定在B B、C C、D D三点。三点。以接收以接收NCS TDMNCS TDM信号电平最大为原则，驱动天线信号电平最大为原则，驱动天线机械跟踪：机械跟踪：电子跟踪：电子跟踪：注：注：图片图片1：机械跟踪天线：机械跟踪天线常用抛物面天线常用抛物面天线注意：注意：要有伺服驱动系统要有伺服

21、驱动系统图片图片2：电子跟踪天线：电子跟踪天线常用相控阵天线常用相控阵天线注意：注意：通过改变移相器的相移值，控制天线波束方向来跟踪卫星通过改变移相器的相移值，控制天线波束方向来跟踪卫星1 F1 F系统主要特点及分类系统主要特点及分类卫星全球波束工作和点波束工作采用卫星全球波束工作和点波束工作采用 “ “增强点波束选择增强点波束选择”机制；机制；LESLES和和MESMES有不同的有不同的EIRPEIRP采用采用“根据信号质量控制发射功率根据信号质量控制发射功率”的先进方式；的先进方式；通信接口丰富且符合国际规范；通信接口丰富且符合国际规范；通信网互连互通可直接接入通信网互连互通可直接接入PS

22、TNPSTN、ISDNISDN网与国际互连网网与国际互连网/ /局局域网连通；域网连通；满足满足IMO GMDSSIMO GMDSS新要求可实现新要求可实现NCSNCS、LESLES、MESMES之间分层优先之间分层优先级呼叫；级呼叫； MESMES具有定位系统。具有定位系统。 1 1）主要特点）主要特点 六、六、F F系统及其应用系统及其应用分类分类卫星覆盖卫星覆盖GMDSSGMDSS要求要求备注备注F77F77全球波束、点波束全球波束、点波束满足满足IMO Resolution IMO Resolution A.888 (21) A.888 (21) 语音优先语音优先F55F55全球波束低

23、质话音、全球波束低质话音、点波束数据点波束数据/ /传真传真 不满足不满足GMDSSGMDSS要求要求（不能进行遇险报警（不能进行遇险报警及遇险通信）及遇险通信） F33F33同上同上 同上同上 不具有不具有G4G4传真传真2 2）F F 系统船站分类及其区别系统船站分类及其区别2 F2 F系统提供的业务系统提供的业务 1 1）通信业务种类）通信业务种类 电话电话传真传真 数据数据 低质量电话（低质量电话（4.8 kbps4.8 kbps）高质量电话（高质量电话（64 kbps64 kbps）G3G3传真机（传真机（ 9.6 kbps 9.6 kbps 或或 14.4 kbps 14.4 kb

24、ps ）G4G4传真机（传真机（ 64 kbps 64 kbps ）ISDN ISDN 业务（业务（ 6464 kbps kbps ）MPDSMPDS 业务（业务（ 最高最高64 64 kbpskbps， 一般是一般是2020 kbps kbps ）2 2）ISDNISDN和和MPDSMPDS（1）综合业务数字网综合业务数字网能够提供端到端的数字连接，支持能够提供端到端的数字连接，支持电话电话、传真传真、图图文文及及数据数据等多种电信业务的通信网。等多种电信业务的通信网。Inm ISDNInm ISDN业务只支持业务只支持 的的 业务业务ISDNISDNI Integrated ntegrat

25、ed S Service ervice D Digital igital N Networketwork基本功能基本功能基于基于InmarsatInmarsat的的ISDNISDN即即2B+D2B+D标准化通道组合，每标准化通道组合，每个数据信道个数据信道B64KbpsB64Kbps，信令信，信令信道道D16KbpsD16Kbps先物理连接，先物理连接，再传送数据再传送数据基本速率基本速率电路交换电路交换在电话通信中，由于讲话双方总在电话通信中，由于讲话双方总是一个在说，一个在听，因此电是一个在说，一个在听，因此电路空闲时间占大约路空闲时间占大约50%50%。 电路交换缺点：电路交换缺点：2

26、2）ISDNISDN和和MPDSMPDS（2）移动包交换移动包交换MPDSMPDSM Mobile Package obile Package D Data ata S Serviceervice基本功能基本功能数 据数 据数 据数 据分包报文发送端发送端首部分包数 据首部分包首部数 据发送发送发送在前发送接收端接收端数 据首部数 据首部数 据首部数据分组数据分组分组从分组从 A A 传送到传送到 B B 的过程的过程基本功能基本功能各组自行选择线路传送各组自行选择线路传送网络网络网络网络网络网络网络路由器路由器路由器路由器路由器路由器AB查找路由表目 的 地 下一跳路由器3 3）Inmars

27、at ISDNInmarsat ISDN和和 MPDSMPDS业务比较业务比较MPDS信道地面站地面站用户1MPDSSES 1InternetSES NLANISPWEB-siteSES 2适用于大数据量传输适用于大数据量传输如，图片、音像文件、电视会议等如，图片、音像文件、电视会议等特点：特点：特点：特点：适用于小数据量传输适用于小数据量传输 如，网络浏览、航海信息获取如，网络浏览、航海信息获取和更新等和更新等ISDN业务业务MPDS业务专用信道专用信道信道共享信道共享信道带宽固定（信道带宽固定（64 kbps64 kbps） 传输速率有保障传输速率有保障信道带宽与某时刻用户数量有关信道带宽

28、与某时刻用户数量有关 用户多时传输速率下降用户多时传输速率下降按时间计费按时间计费按信息流量计费按信息流量计费用户用户ISDNSESISDN信道地面站地面站3 F3 F船站外设及其连接船站外设及其连接路由器G3RJ-11RJ-4564 Kbit/s 3.1KHz音频音频G44 4 船舶局域网与公司局域网的连接船舶局域网与公司局域网的连接LAN适配器适配器陆地用户陆地用户LESISDN 网网路由器路由器船舶局域网Inm卫星网陆地电信网F77路由器路由器移动用户移动用户船舶局域网船舶局域网RJ-455 F775 F77的应用的应用电话（或传真）常规通信；电话（或传真）常规通信；遇险通信；遇险通信；

29、图文传输；图文传输；浏览互联网，获取各类网上信息（如，气象信息、电子浏览互联网，获取各类网上信息（如，气象信息、电子海图、港口和备品供应信息等；海图、港口和备品供应信息等； 电子邮件传递；电子邮件传递；机舱、航行设备的远程监测；机舱、航行设备的远程监测；远程医疗（远程教育、培训；远程医疗（远程教育、培训；网上银行、网上采购。网上银行、网上采购。6 Inmarsat-B/F 6 Inmarsat-B/F 业务拨号方式业务拨号方式1 1）电话传真通信：）电话传真通信：船至岸船至岸 00 +00 +电话国家码地区码用户电话电话国家码地区码用户电话/ /传真号码传真号码 船至船船至船00 + 00 +

30、 电话洋区码电话洋区码 船站电话船站电话/ /传真号码传真号码 2 2）电传（）电传（B B站）：站）：船至岸船至岸 00 + 00 + 电传国家码电传国家码 用户电传码用户电传码 结束符结束符“+”+”船至船船至船00 + 00 + 电传洋区码电传洋区码 船站电传号码船站电传号码 结束符结束符“+”+” 北京岸站北京岸站9191年正式运转，年正式运转，由由“北京船舶通信导北京船舶通信导航公司航公司”运营和管理；运营和管理；目前已开通目前已开通Inmarsat-BInmarsat-B、C/Mini-CC/Mini-C、M M、Mini-MMini-M、M4M4、F F系统业务。系统业务。北京地

31、面站接入代码北京地面站接入代码7 7 北京地面站及其北京地面站及其 InmarsatInmarsat系统业务系统业务简介简介（1 1）（2 2）（3 3）中国 Inmarsat 岸站接入码C C系统通过法国岸站（系统通过法国岸站（121 / 021121 / 021）接续，实现点对点通信；）接续，实现点对点通信；北京地面站北京地面站法国法国北京虚拟站北京虚拟站北京虚拟站北京虚拟站北北京京地地面面站站虚虚拟拟站站七、海事卫星宽带系统及业务简介七、海事卫星宽带系统及业务简介1 1简介：简介：依托依托InmarsatInmarsat四代星的通信系统。四代星的通信系统。20052005年年3 3月月I

32、nmarsatInmarsat发射第一发射第一颗卫星，颗卫星，20092009年年2 2月月2525日全面运营。共三个洋区日全面运营。共三个洋区。BGANBGAN卫星覆盖图卫星覆盖图2 2 海事卫星宽带通信系统结构图海事卫星宽带通信系统结构图 SASSAS网络网络连接连接点点InmarsatInmarsat总部总部SCCSCCNOCNOCBSSBSSI-4I-4卫星卫星SBSBBGANBGANFBFBIP IP 网网共享共享/专专用信道用信道陆地陆地公网公网传统的传统的电路交电路交换换GSMGSM网网S Satellite atellite C Control ontrol C Centree

33、ntre N Network etwork O Operation peration CenterCenterB Business usiness S Support upport S Systemsystems，支持系统：用户，支持系统：用户管理、呼叫记录的发布和管理、呼叫记录的发布和业务账单。业务账单。S Satellite atellite A Access ccess S Stationstations，宽带业务卫星接续站，承担各宽带业务卫星接续站，承担各种网络的接入。种网络的接入。荷兰的荷兰的BurumBurum意大利的意大利的FucinoFucino3 3 海事卫星宽带业务类型海事卫星宽带业务类型 1 1）电路交换网业务：）电路交换网业务：2 2）标准）标准IPIP网业务：网业务： 3 3）专用流媒体）专用流媒体IPIP业务：业务：直拨语音电话。直拨语音电话。 传真传真/ /数据。数