1、北京米波通信技術有限公司國際海事衛星通信系統介紹北京米波通信技術有限公司二零零九年十一月14目 錄1 系統概述11.1 INMARSAT發展背景11.2 INMARSAT在衛星通信領域的重要性11.3 INMARSAT的應用21.4 INMARSAT通信體制和技術參數21.4.1 通信體制21.4.2 頻率范圍21.4.3 調制方式31.4.4 編碼方式32 INMARSAT系統的構成32.1 空間段32.2 地面段52.2.1 衛星控制中心（SCC）62.2.2 網絡控制中心（NCC）62.2.3跟蹤遙測指控站（TT&C）62.2.4 網絡協調站（NCS）62.2.5 地面關口站（L

2、ES）63 INMARSAT系統的移動終端73.1 INMARSAT-B83.2 INMARSAT-C83.3 INMARSAT-M93.4 INMARSAT Mini-M系統103.5 INMARSAT-Aero103.6 INMARSAT-F113.7 BGAN終端123.8 ISATPHONE終端131 系統概述1.1 INMARSAT發展背景國際海事衛星通信系統簡稱INMARSAT，于1979年7月16日正式成立，成員國由當時的28個已發展到目前的近百個，INMARSAT總部設在倫敦，主要負責操作、管理、經營INMARSAT系統的政府間合作機構。現已成為世界上唯一為海、陸、空用戶提供全

3、球移動衛星公眾通信和遇險安全通信業務的國際組織。INMARSAT衛星通信最初只提供海上通信業務，它向廣大的海上用戶提供遇險呼叫、緊急安全通信、電話、用戶電報、傳真、各種數據傳輸、無線電導航等二十余種通信業務。1982年開始提供全球海事衛星通信服務。隨著新技術的開發，1985年10月，INMARSAT大會通過了INMARSAT公約和業務協定的修正案，決定把航空通信納入業務之內。1989年又決定把業務從海事通信發展到航空、陸地移動通信領域，并于1990年開始提供全球性衛星航空移動通信業務。為了適應海事通信事業和通信網絡發展的需要，國際海事衛星組織于1993年正式改名為國際移動衛星通信組織，1999

4、年改制為股份制公司，2005年初成功上市，至今運轉良好，是全球移動衛星通信業務的主要提供者，在世界移動衛星通信領域占有極其重要的地位。1.2 INMARSAT在衛星通信領域的重要性l INMARSAT系統是全球唯一同時承擔衛星移動通信和遇險安全通信的衛星通信系統；l INMARSAT系統成立時間早、占有市場份額大、運營良好、終端類型多、業務種類全面；l INMARSAT系統最初由各國政府投資組建，影響廣泛；l INMARSAT系統通信體制成熟，衛星先進，地面站遍布全球;l 各國軍方都將INMARSAT衛星通信系統作為軍用通信系統的重要組成部分。1.3 INMARSAT的應用INMARSAT海事

5、衛星通信系統提供海事、航空、陸地移動衛星通信和信息服務，包括電話、傳真、低速數據、高速數據及IP數據等多種業務類型，其應用遍布海上作業、礦物開采、救災搶險、野外旅游、軍事應用等各個領域。l 1999年中國駐南斯拉夫大使館被炸時，駐南使館的記者正是通過海事衛星電話，把這個消息傳到新華社；科索沃戰爭也采用了Inmarsat設備為主要通訊設備。l 2003年伊拉克戰爭期間中央電視臺赴前線記者發送回國的語音和圖像等戰地報道也是通過了海事衛星通信系統。l 2006年印尼海嘯后，我們國家派出的地震救援隊帶去的通信設備也是海事衛星電話。l 2008年春節南方的抗雪救災，地面通信大面積出現故障，很多現場指揮就

6、是用海事衛星電話。l 2008年5月汶川大地震用于救災的終端總量接近2000臺。1.4 INMARSAT通信體制和技術參數1.4.1 通信體制系統采用了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（衛星與用戶終端之間）：L頻段 上行 1626.51660.5MHz 下行 1525.01559.0MHz1.4.3 調制方式系統采用了BPSK、O-QPSK、/4QPSK 、16QAM等調制方式。1.4.4 編碼方式系統采用了卷積碼、Tur

7、bo碼等編碼方式。2 INMARSAT系統的構成INMARSAT系統由空間段、地面站及用戶終端三部分組成，如圖1所示。圖1 INMARSAT系統組成框圖2.1 空間段INMARSAT衛星通信系統使用的衛星，運行在地球靜止軌道上，每顆衛星可覆蓋地球表面約13面積，為除了南北緯75度以上的極區外的全球區域提供通信服務。按照發展順序，分別由INMARSAT-1、INMARSAT-2、INMARSAT-3、INMARSAT-4四代衛星組成。第一代、第二代衛星共7顆，第二代衛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、大西洋東區和大西洋西區四個洋區，這些衛星除了提供海上服務

8、外，還可以為空中、陸地移動用戶電話、用戶電報、電子郵政、傳真和數據等提供服務。第三代衛星于1996至1998年2月期間發射，共5顆衛星，其中1顆為備份星，其容量為第二代的8倍，除全球波束外，每顆衛星具有5個可控制的點波束能對某些特定區域提供更高的功率和更大的容量；第三代分別定點在印度洋區、大西洋東區、大西洋西區、太平洋區上空。第四代衛星于2005年至2008年8月期間發射，共3顆衛星，其容量為第三代的60倍，是迄今為止世界上最大、能力最強的商業衛星，第四代通信業務量絕大部分是作為IP 分組交換數據進行傳輸，擴展了Inmarsat網絡，提供增強的數字移動通信服務的能力，同時也支持傳統的電路交換服

9、務，例如語音和ISDN，支持現有后臺管理系統，同時提供清晰的IP 路由；第四代分別定點在亞洲和太平洋、歐洲和非洲、南北美洲區域上空。表1 INMARSAT衛星參數性能對比INMARSAT-2INMARSAT-3INMARSAT-4衛星顆數453覆蓋方式全球波束1個全球波束5個寬點波束1個全球波束19個區域點波束228個窄帶點波束EIRP39 dBW49 dBW67dBW信道4個信道帶寬4.57.3MHz46個信道帶寬0.92.2MHz630個信道帶寬200KHz設計壽命10年13年15年衛星凈重700kg1000kg3100kg是否支持導航不支持支持支持圖2 INMARSAT-3的全球波束覆蓋

10、圖 圖3 INMARSAT-3寬點波束覆蓋圖圖4 INMARSAT-4的覆蓋圖 圖5 INMARSAT-4區域/窄帶點波束覆蓋圖三代星以前的在軌衛星雖然還能工作，但目前主要起備份作用，目前主要由INMARSAT-3、INMARSAT-4兩代衛星提供國際海事衛星通信服務，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，第四代主要為BGAN、FleetBGAN、ISATPhone等類型終端提供服務。2.2 地面段地面段由設在英國倫敦總部的衛星控制中心（SCC）、網絡控制中心（NCC）、遍布全球的跟蹤遙測指控站（TT&C）、通信網絡協調站（NCS）、地面關口站

11、（LES）等。2.2.1 衛星控制中心（SCC）衛星控制中心設在倫敦 Inmarsat 總部，它負責監視 Inmarsat衛星的運行情況，保證衛星的正常運行。衛星控制中心接收從全球測控站（TT&C)發來的數據將這些數據加以處理，并通過測控站對 Inmarsat 衛星進行控制和管理。2.2.2 網絡控制中心（NCC）網絡控制中心位于倫敦Inmarsat 總部，負責對整個Inmarsat通信網的運營和管理。具體表現為：監測、協調和控制網絡內所有衛星的操作運行，同時對各地球站（岸站）的運行情況進行監督，并協助網絡協調站對有關運行事務進行協調。2.2.3跟蹤遙測指控站（TT&C）跟蹤遙

12、測指令站直接對INMARSAT 衛星進行控制和管理。全球設立了四個測控站，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 網絡協調站（NCS）協調站是整個系統的一個重要組成部分。每個洋區各設有一個NCS，直接歸Inmarsat總部控制運營，負責管理各自洋區的網絡核心資源（例如通信和信令信道）的分配。大西洋區的NCS設在美國的南玻利（Southbury），太平洋區的設在日本的茨城（Ibaraki），印度洋區的設在日本的納瑪古池（Namaguchio）。2.2.5 地面關口站（LES

13、）陸地地球站簡稱地面站，其基本作用是經由衛星與移動站進行通信，并為移動站提供國內或國際網絡的接口。各地面站分別由各國政府指定的簽字者建設和經營。現在大 約有40個地面站分布在31個國家。Inmarsat系統的每個地面站都有一個唯一的與之關聯的識別碼。Inmarsat系統中的陸上地球站，在海事衛星系統中稱為岸站（CES），航空衛星系統中稱為航站（GES）。地面關口站既是衛星系統與地面系統的接口，又是一個控制和接入中心。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）。為了實現雙頻段工作，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

14、；（2） 使用兩副分開的天下，每個頻段用一副，C頻段天線因饋源簡單而便宜，L頻段天線則小得多，但這兩付天線還必須耦合在一起，以便跟蹤衛星。3 INMARSAT系統的移動終端INMARSAT系統為航海、航空與地面用戶提供全球移動衛星通信業務，業務系統從1982年開始的模擬體制A 標準業務，發展到B、C 、D、E、M、Mini-M、M4、F標準,以至到2003年推出的RBGAN業務、2005年推出的陸上寬帶BGAN業務、2007年推出的FleetBroadband和SwiftBroadband等業務。表2 INMARSAT常用終端的主要特征BMMini-MM4F77BGAN語音(kbps)166.

15、44.84.84.84電傳×傳真(kbps)9.62.42.49.69.6/6464數據(kbps)9.62.42.42.464492高速數據(kbps)64××64128×群呼×調制方式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碼啟用時間1993年1993年1996年1999年2002年2005年3.1 INMARSAT-BINMARSAT-B系統采用的設備，其結構與性能基本與

16、INMARSAT-A相同。但技術上作了數字化處理。由于數字化以后它可以充分利用衛星功率和頻帶，提供高質量的通信，并使空間段費用和服務費降低。表4列出了INMARSAT-B系統船載站的主要特性。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。為了適應第三代衛星的點波束通信，采用了3dB步進跟蹤。表3 INMARSAT-B系統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，

17、25dBW HPA：30WG/T-4dBK LNA噪聲溫度：100K海用B終端 陸用B終端3.2 INMARSAT-CINMARSAT-C移動地面站采用了一種小而簡單，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、飛機或車輛上的小型終端，以提供數據/信息通信。由于重量輕，易于安裝在車輛、船只或手提終端上。這種終端的主設備結構緊湊、重量只有34公斤。這些終端有些具有信息傳播和顯示功能，有些具有標準接口，使用戶能夠接上自己的計算機設備。表5是這種系統的主要特性。航空C終端海用Mini-C終端 表4 INMARSAT-C系統移動地面站的主要特性工作頻段1626.51646.5M

18、Hz MESLES MES：移動站1530.01545.0MHz MESLES LES：陸地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，因為在船舶運動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，它最大的特點就是其外形很低。3.3 INMARSAT-MINMARSAT-M系統所用的天線類型取決于終端的使用場合，海上、陸上移動與手提設備按各自需要采用不同類型的天線。短背射（SBF）天線

19、是最適合船上應用的INMARSAT-M終端天線。這是一種結構簡單、緊湊且效率高的船載天線，但帶寬較窄，只有3%，這對于要求有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，并增加了第二個反射器可改善普通短背射天線的電性能。經改進后的短背射天線的VSWR低于1.5，孔徑效率達80%，帶寬可達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（包括穩定器）重40公斤。天線增益為15dBi。這種天線通常為兩軸（Az-El）穩定，采用步進跟蹤。除了短背射天線外，INMARSAT終端中有時也采用陣列天線。表

20、5 INMARSAT-M 系統的移動站的主要性能工作頻段1626.51646.5MHz MESCES MES：移動站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Mini-M系統是M系統的微型化系統，使用INMARSAT第三代衛星的點波束，提供4.8kb/s的話音，2.4kb/s的G3傳真和2.4kb/s的數據，它是目前衛星通信中除手機之外技術最新、體積最小、重量最輕

21、的、使用最方便、價格最低廉的便攜式終端，重量只有2kg左右，與一個筆記本計算機大小一般。 M終端 Mini-M終端3.5 INMARSAT-AeroINMARSAT于1991年開始提供全球商用航空衛星系統。主要用于飛機之間及飛機與地面用戶之間的通信。系統由空間段、地基站（GES）、網絡協調站（NCS）和機載站（AES）組成。機載站的工作類型可分為四類；第一類只能提供低速數據服務，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務，主要服務于乘坐飛機的旅客（航空旅客通信，APC），采用高增益天線（12

22、dBi）。第三類可以提供話音和高速數據業務，與第二類AES所不同的是，增加了數據系統。第四類是將第一類與第三類結合在一起，同時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，如美國、日本、英國、

23、德國、意大利、澳大利亞、中國、西班牙等30多個國家的40多航空公司。這些公司的飛機上都裝有機載站，有無機載站，能否提供衛星電話業務，已成為航空公司服務水平的一個標志。中國（包括臺灣）已有80多架安裝和使用了航空衛星通信設備。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、傳真和數據服務，適應所有類型和噸位的船只需要，從小型游艇到最大型的遠洋船只，使航海人員在船上進行通信時，也能如同在岸上通信那樣有效。在提供安全服務方面其衛星服務構成了全球海上遇險呼叫安全系統(GMDSS) 的核心，這一系統能立即將全球的船員與最近的援救協調中心連接起來。2007 年，INM