国际海事卫星通信系统介绍

1、国际海事卫星通信系统介绍北京米波通信技术有限公司二零零九年一月1系统概述1.1 INMARSA T发展背景 1.2 INMARSA T在卫星通信领域的重要性1.3 INMARSA T 的应用1.4 INMARSA T通信体制和技术参数 .通信体制频率范围调制方式编码方式系统的构成1.4.11421431442 INMA RSAT2.1空间段2.2地面段2.2.1卫星控制中心（SCC） 2.2.2网络控制中心（NCC）2.2.3跟踪遥测指控站（TT&C）.2.2.4网络协调站（NCS）2.2.5地面关口站（LES）3 INMARSAT系统的移动终端 3.1 INMARSAT-B 3.2

2、INMARSAT-C 3.3 INMARSAT-M 3.4 INMARSAT Mi ni-M 系统3.5 INMARSAT-Aero3.6 INMARSAT-F 3.7 BGAN 终端3.8 ISATPHONE 终端666610101112131系统概述1.1 INMARSAT发展背景国际海事卫星通信系统简称INMARSAT，于1979年7月16日正式成立, 成员国由当时的28个已发展到目前的近百个，INMARSAT总部设在伦敦，主要 负责操作、管理、经营INMARSAT系统的政府间合作机构。现已成为世界上唯 一为海、陆、空用户提供全球移动卫星公众通信和遇险安全通信业务的国际组织。INMARS

3、AT卫星通信最初只提供海上通信业务，它向广大的海上用户提供 遇险呼叫、紧急安全通信、电话、用户电报、传真、各种数据传输、无线电导航 等二十余种通信业务。1982年开始提供全球海事卫星通信服务。随着新技术的1989年又决定把业务从海事通信发展到开发，1985年10月'INMARSAT大会通过了 INMARSAT公约和业务协定的修正案，决定把航空通信纳入业务之内。航空、陆地移动通信领域，并于1990年开始提供全球性卫星航空移动通信业务。为了适应海事通信事业和通信网络发展的需要，国际海事卫星组织于1993年正式改名为国际移动卫星通信组织，1999年改制为股份制公司，2005年初成 功上市，至

4、今运转良好，是全球移动卫星通信业务的主要提供者， 在世界移动卫 星通信领域占有极其重要的地位。1.2 INMARSAT 在卫星通信领域的重要性INMARSAT系统是全球唯一同时承担卫星移动通信和遇险安全通信的卫星通信系统;INMARSAT系统成立时间早、占有市场份额大、运营良好、终端类型多、业务种类全面;INMARSAT系统最初由各国政府投资组建，影响广泛；INMARSAT系统通信体制成熟，卫星先进，地面站遍布全球各国军方都将INMARSAT卫星通信系统作为军用通信系统的重要组成 部分。1.3 INMARSAT 的应用INMARSAT海事卫星通信系统提供海事、航空、陆地移动卫星通信和信息服务，

5、包括电话、传真、低速数据、高速数据及IP数据等多种业务类型，其应用遍布海上作业、矿物开采、救灾抢险、野外旅游、军事应用等各个领域。1999年中国驻南斯拉夫大使馆被炸时，驻南使馆的记者正是通过海事卫星电话，把这个消息传到新华社；科索沃战争也采用了Inmarsat设备为主要通讯设备。2003年伊拉克战争期间中央电视台赴前线记者发送回国的语音和图像等战地报道也是通过了海事卫星通信系统。2006年印尼海啸后，我们国家派出的地震救援队带去的通信设备也是海事卫星电话。2008年春节南方的抗雪救灾，地面通信大面积出现故障，很多现场指挥就是用海事卫星电话。2008年5月汶川大地震用于救灾的终端总量接近2000

6、台。1.4 INMARSAT通信体制和技术参数1.4.1通信体制系统采用了 FDMA/TDM/TDMA/SDMA/SCPC 等通信体制。1.4.2频率范围馈线链路（卫星与地面站之间）：C 频段 上行 6424.06575.0MHz下行 3550.03700.0MHz用户链路（卫星与用户终端之间）：L 频段 上行 1626.51660.5MHz下行 1525.01559.0MHz1.4.3调制方式系统采用了 BPSK、0-QPSK、n4QPSK、16QAM等调制方式。1.4.4编码方式系统采用了卷积码、Turbo码等编码方式。2 INMA RSAT系统的构成INMARSAT系统由空间段、地面站及

7、用户终端三部分组成，如图 1所示。军用海上用户航空用户陆地用户地球站图1 INMARSAT系统组成框图2.1空间段INMARSAT卫星通信系统使用的卫星，运行在地球静止轨道上，每颗卫星 可覆盖地球表面约1/3面积，为除了南北纬75度以上的极区外的全球区域提供通信服务。按照发展顺序，分别由INMARSAT/、INMARSAT-2、INMARSAT-3、INMARSAT-4四代卫星组成。第一代、第二代卫星共7颗,属全球波束，并分别定位在太平洋、第二代卫星的容量为第一代的 2.5倍。它们均印度洋、大西洋东区和大西洋西区四个洋区,这些卫星除了提供海上服务外，还可以为空中、陆地移动用户电话、用户电报、电

8、子邮政、传真和数据等提供服务。第三代卫星于1996至1998年2月期间发射,共5颗卫星，其中1颗为备份星，其容量为第二代的8倍，除全球波束外，每颗卫星具有5个可控制的点波束能对某些特定区域提供更高的功率和更大的容量； 第三代分别定点在印度洋区、大西洋东区、大西洋西区、太平洋区上空。第四代卫星于2005年至2008年8月期间发射，共3颗卫星，其容量为第三代的60倍,是迄今为止世界上最大、能力最强的商业卫星，第四代通信业务量绝大部分是作 为IP分组交换数据进行传输，扩展了 Inmarsat网络，提供增强的数字移动通信服务的能力，同时也支持传统的电路交换服务，例如语音和ISDN，支持现有后台管理系统

9、，同时提供清晰的IP路由；第四代分别定点在亚洲和太平洋、欧洲 和非洲、南北美洲区域上空。表1 INMARSAT卫星参数性能对比INMARSAT-2INMARSAT-3INMARSAT-4卫星颗数453覆盖方式全球波束1个全球波束5个宽点波束1个全球波束 19个区域点波束 228个窄带点波束EIR P39 dBW49 dBW67dBW信道4个信道带宽 4.57.3MHz46个信道带宽 0.92.2MHz630个信道 带宽200KHZ设计寿命10年13年15年卫星净重700kg1000kg3100kg是否支持导航不支持支持支持印度洋区域y.太平洋区域社毎3F-图3 INMARSAT-3宽点波束覆盖

10、图ac144nmsrsat-4 F3InmaraaL F2I. "1-亠lnFnar3al-4 Fl 讥、riA血I*lU图4 INMARSAT-4的覆盖图£ - J 5SIa一 7選J S*J门 J吶'7ipIS总aiHl-J 二图5 INMARSAT-4区域/窄带点波束覆盖图三代星以前的在轨卫星虽然还能工作， 但目前主要起备份作用,目前主要由INMARSAT-3、INMARSAT-4两代卫星提供国际海事卫星通信服务,其中第三代星主要为B、C、D、M、Mini-M、M4、F系列等类型终端提供服务,第四代主要为BGAN、FleetBGAN、ISATPhone等类型终

11、端提供服务。2.2地面段地面段由设在英国伦敦总部的卫星控制中心 （SCC）、网络控制中心（NCC）、遍布全球的跟踪遥测指控站（TT&C）、通信网络协调站（NCS）、地面关口站（LES） 等。2.2.1卫星控制中心（SCC）卫星控制中心设在伦敦Inmarsat总部，它负责监视Inmarsat卫星的运行情况，保证卫星的正常运行。卫星控制中心接收从全球测控站 （TT&C）发来的数据将这些数据加以处理，并通过测控站对Inm arsat卫星进行控制和管理。2.2.2网络控制中心（NCC）网络控制中心位于伦敦In marsat总部，负责对整个Inm arsat通信网的运营和管理。具体表现为

12、：监测、协调和控制网络内所有卫星的操作运行，同时对各 地球站（岸站）的运行情况进行监督，并协助网络协调站对有关运行事务进行协 调。2.2.3跟踪遥测指控站（TT&C）跟踪遥测指令站直接对INMARSAT卫星进行控制和管理。全球设立了四个测控站，加拿大的考伊琴湖（Lake Cowichan）、彭南特角（Pennant Point）意大利的福希诺（Fucino）和中国的北京（Beijing ）。2.2.4网络协调站（NCS）协调站是整个系统的一个重要组成部分。每个洋区各设有一个NCS,直接归Inmarsat总部控制运营，负责管理各自洋区的网络核心资源（例如通信和信令 信道）的分配。大西洋区

13、的 NCS设在美国的南玻利（Southbury），太平洋区的 设在日本的茨城（Ibaraki），印度洋区的设在日本的纳玛古池（Namaguchio）。2.2.5地面关口站（LES）陆地地球站简称地面站，其基本作用是经由卫星与移动站进行通信， 并为移 动站提供国内或国际网络的接口。各地面站分别由各国政府指定的签字者建设和 经营。现在大 约有40个地面站分布在31个国家。Inmarsat系统的每个地面站 都有一个唯一的与之关联的识别码。Inm arsat系统中的陆上地球站，在海事卫星 系统中称为岸站（CES），航空卫星系统中称为航站（GES）。地面关口站既是卫星系统与地面系统的接口，又是一个控制和

14、接入中心。该站采用天线口径为1114米抛物面天线，工作方式为双频段（C频段和L频段）。为了实现双频段工作，采用了两种办法。（1）使用单一天线、双极化方式，通常采用具有双频段馈源的抛物面天线;（2）使用两副分开的天下，每个频段用一副，C频段天线因馈源简单而便宜，L频段天线则小得多，但这两付天线还必须耦合在一起，以便跟 踪卫星。3 INMARSAT系统的移动终端INMARSAT系统为航海、航空与地面用户提供全球移动卫星通信业务，业务系统从1982年开始的模拟体制A标准业务，发展到B、C、D、E、M、Mini-M、M4、F标准,以至到2003年推出的RBGAN业务、2005年推出的陆上宽带 BGAN

15、业务、2007 年推出的 FleetBroadband和 SwiftBroadband 等业务。表2 INMARSAT常用终端的主要特征BMMi ni-MM4F77BGAN语音(kb ps)166.44.84.84.84电传VVVVVX传真(kb ps)9.62.42.49.69.6/6464数据(kb ps)9.62.42.42.464492高速数据（kb ps）64XX64128X群呼VVVVVX调制方式0-Q PSK BPSKO-Q PSK BPSKO-Q PSK BPSKO-Q PSK BPSK 16QAMO-Q PSKBPSK 16QAMQPSK n4QPSK 16QAM编码方式卷积

16、码卷积码卷积码Turbo 码Turbo 码Turbo 码启用时间1993 年1993 年1996 年1999 年2002 年2005 年3.1 INMARSAT-BINMARSAT-B系统采用的设备，其结构与性能基本与 INMARSAT-A相同。但技术上作了数字化处理。由于数字化以后它可以充分利用卫星功率和频带，提供高质量的通信，并使空间段费用和服务费降低。表4列出了 INMARSAT-B系统船载站的主要特性。所需的G/T值大于-4dBk，各向同性有效辐射功率（EIRP） 从36dBW减小到33dBW或者更低。为了适应第三代卫星的点波束通信，采用了 3dB步进跟踪。海用B终端陆用B终端>

17、 > t-b '* :床表3 INMARSAT-B系统船载地面站的主要特性工作频段1626.51645.5MHz1525.01545.0MHzSES- CES SES:船载站SESYES CES:海岸站极化右旋圆极化天线增益正常值24dBi天线直径80厘米EIR P33，29，25dBWHPA: 30WG/T二4dBKLNA噪声温度：100K3.2 INMARSAT-C无跟踪能力的全向天线,INMARSAT-C移动地面站采用了一种小而简单,目的是使用小到足可以提在手里或安装在任何船只、飞机或车辆上的小型终端, 以提供数据/信息通信。由于重量轻，易于安装在车辆、船只或手提终端上。这

18、 种终端的主设备结构紧凑、重量只有34公斤。这些终端有些具有信息传播和显 示功能，有些具有标准接口，使用户能够接上自己的计算机设备。 表5是这种系Trac海 用航 空C终端统的主要特性。Mini-C F. 终 端表4 INMARSAT-C系统移动地面站的主要特性工作频段1626.51646.5MHz MES LES MES:移动站1530.01545.0MHzMESjLES les :陆地站极化右旋圆极化天线增益正常值0dBi全向天线EIR P16dBWHPA: 20WG/T二23dBKLNA噪声温度：100KINMARSAT-C 般采用四线螺旋天线、交叉倾斜耦极子和微带天线。船上使用最广的是

19、四线螺旋天线，因为在船舶运动的情况下它具有良好的宽波束覆盖性能。微带天线是手提式终端所采用的最好的一种天线，它最大的特点就是其外 形很低。3.3 INMARSAT-MINMARSAT-M系统所用的天线类型取决于终端的使用场合，海上、陆上移动与手提设备按各自需要采用不同类型的天线。短背射（SBF）天线是最适合船 上应用的INMARSAT-M终端天线。这是一种结构简单、紧凑且效率高的船载天 线，但带宽较窄，只有 3%,这对于要求有8%的带宽来讲太窄了。通过将主反射器由平板状圆盘改为圆锥或阶梯状板，并增加了第二个反射器可改善普通短背射天线的电性能。经改进后的短背射天线的VSWR低于1.5,孔径效率达

20、80%,带宽可达20%,并且在旁瓣电平改变的情况下，可将增益提高1dBo这是一种简单而紧凑的天线，适合用于小型船只。该天线的直径为40cm,天线（包括稳定器）重40公斤。天线增益为15dBi。这种天线通常为两轴（Az-EI）稳定，采用 步进跟踪。除了短背射天线外，INMARSAT终端中有时也采用阵列天线。表5 INMARSAT-M 系统的移动站的主要性能工作频段1626.51646.5MHz1530.01545.0MHzMES CESMESYESMES:移动站CES:海岸站极化右旋圆极化天线增益正常值14dBi天线直径40厘米EIR P27.21dBWHPA: 20WG/T二10dBK（海上）

21、;A12dBK （陆地）LNA噪声温度：100K3.4 INMARSAT Mi ni-M 系统Mini-M系统是M系统的微型化系统，使用INMARSAT第三代卫星的点波束，提供4.8kb/s的话音，2.4kb/s的G3传真和2.4kb/s的数据，它是目前卫星通 信中除手机之外技术最新、体积最小、重量最轻的、使用最方便、价格最低廉的便携式终端，重量只有2kg左右，与一个笔记本计算机大小一般。NeonM终端Mini-M终端3.5 INMARSAT-AeroINMARSAT于1991年开始提供全球商用航空卫星系统。主要用于飞机之间及飞机与地面用户之间的通信。系统由空间段、地基站（GES）、网络协调站

22、（NCS） 和机载站（AES）组成。机载站的工作类型可分为四类；第一类只能提供低速数 据服务，这包括航空操作控制（AOC）和航空管理通信（AAC），采用低增益天 线（OdBi）,这类站将来主要用于空中交通控制（ATC）。第二类只能提供话音业 务，主要服务于乘坐飞机的旅客（航空旅客通信，APC）,采用高增益天线（12dBi）。第三类可以提供话音和高速数据业务，与第二类 AES所不同的是，增加了数据 系统。第四类是将第一类与第三类结合在一起，同时使用有高增益与低增益天线， 能够提供各种航空通信。表6 INMARSAT系统AES的主要性能工作频段1626.5-1660.5MHz1525.0-1559

23、 .0MHzAES f GESGES AES极化右旋圆极化高增益天线低增益天线天线增益12dBi0dBi天线型式阵列天线螺旋天线EIR P25.5dBW15.5dBWHAP60W（ A 类）40WG/T-13dBK-26dBKLNA噪声温度150K150K目前世界上许多航空公司使用INMARSAT航空通信系统，如美国、日本、 英国、德国、意大利、澳大利亚、中国、西班牙等30多个国家的40多航空公司。这些公司的飞机上都装有机载站， 有无机载站，能否提供卫星电话业务，已成为航空公司服务水平的一个标志。中国（包括台湾）已有80多架安装和使用了航空卫星通信设备。3.6 INMARSAT-FINMARS

24、AT-F系列终端包括Fleet77、Fleet55、Fleet33等类型，是航海者生活中不可缺少的一部分，能够提供范围空前广泛的语音、传真和数据服务，适应 所有类型和吨位的船只需要，从小型游艇到最大型的远洋船只，使航海人员在船 上进行通信时，也能如同在岸上通信那样有效。在提供安全服务方面其卫星服务 构成了全球海上遇险呼叫安全系统（GMDSS）的核心，这一系统能立即将全球的船员与最近的援救协调中心连接起来。2007 年, INMARSAT 进一步完善了其海上产品组合，推出FleetBroadband它在每个共享频道上以最高432kbps的速率同时提供语音和宽带数据服务，此外按照需求选择有确保高达

25、256kb ps的数据传输速率。EMRgut JJPURUiaOiF33终端F55终端F77终端3.7 BGAN 终端BGAN是国际海事卫星组织所主导的宽频全球区域网络系统（broadbandglobal area network system 的第四代的卫星通信系统。 BGAN是一个3GPP包交换和电路交换的网络，兼容第 3代（3G）手机系统，其所有提供的服务都基于UMTS技术。BGAN能够提供IP数据业务，数据速率最高达 492Kbit/s，可以 提供视频会议、数据图像传输、信息浏览、办公网络接入等应用，来满足用户对 新一代卫星高速数据通信的需求。BGAN终端轻便易携、功能齐全，便于操作， 设备重量在1 2.2公斤间，最大的如A4纸大小，适合各种专业和商务用户，其全球覆盖、高速率传输的特性，使得用户可以在任何时间、任何地点快