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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十一月目 录1 系统概述11.1 INMARSAT发展背景11.2 INMARSAT在卫星通信领域的重要性11.3 INMARSAT的应用21.4 INMARSAT通信体制和技术参数21.4.1 通信体制21.4.2 频率范围21.4.3 调制方式31.4.4 编码方式32 INMARSAT系统的构成32.1 空间段32.2 地面段52.2.1 卫星控制中心（SCC）62.2.2 网络控制中心（NCC）62.2.3跟踪遥测指控站（TT&C）62.2.4 网络协调站（NCS）62.2.5 地面关口站（LES）63 INMARSAT系统的移
2、动终端73.1 INMARSAT-B83.2 INMARSAT-C83.3 INMARSAT-M93.4 INMARSAT Mini-M系统103.5 INMARSAT-Aero103.6 INMARSAT-F113.7 BGAN终端123.8 ISATPHONE终端131 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
3、的国际组织。INMARSAT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。1989年又决定把业务从海事通信发展到航空、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
4、上市，至今运转良好，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l 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；l 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；l INMARSAT系统最初由各国政府投资组建，影响广泛；l INMARSAT系统通信体制成熟，卫星先进，地面站遍布全球;l 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
5、卫星通信和信息服务，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。l 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。l 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。l 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。l 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。l 2008年5月
6、汶川大地震用于救灾的终端总量接近2000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l 馈线链路（卫星与地面站之间）：C频段 上行 6424.06575.0MHz 下行 3550.03700.0MHzl 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、O-QPSK、/4QPSK 、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 INMARSA
7、T系统的构成INMARSAT系统由空间段、地面站及用户终端三部分组成，如图1所示。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13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-1、INMARSAT-2、INMARSAT-3、INMARSAT-4四代卫星组成。第一代、第二代卫星共7颗，第二代卫星的容量为第一代的2.5倍。它们均属全球波束，并分别定位在太平洋、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、
8、用户电报、电子邮政、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
9、管理系统，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EIRP39 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图2 INMARSAT-3的全球波束覆盖图 图3 INMARSAT-3宽点波
10、束覆盖图图4 INMARSAT-4的覆盖图 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（SC
11、C）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 Inmarsat 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Inmarsat 总部，负责对整个Inmarsat通信网的运营和管理。具体表现为：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
12、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
13、，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。Inmarsat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
14、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BMMini-MM4F77BGAN语音(kbps)166.44.84.84.84电传传真(kbps)9.62.42.4
15、9.69.6/6464数据(kbps)9.62.42.42.464492高速数据(kbps)6464128群呼调制方式O-QPSKBPSKO-QPSKBPSKO-QPSKBPSKO-QPSKBPSK16QAMO-QPSKBPSK16QAMQPSK/4QPSK16QAM编码方式卷积码卷积码卷积码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
16、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。表3 INMARSAT-B系统船载地面站的主要特性工作频段1626.51645.5MHz SESCES SES：船载站1525.01545.0MHz SESCES 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EIRP33，29，25dBW HPA：30WG/T-4dBK LNA噪声温度：100K海用B终端 陆用B终端3.2 INMARSAT-CI
17、NMARSAT-C移动地面站采用了一种小而简单，无跟踪能力的全向天线，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是这种系统的主要特性。航空C终端海用Mini-C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 MESLES MES：移动站1530.01545.0MHz MESLES LES：陆地站极化右旋圆极化天线增益正常
18、值0dBi 全向天线EIRP16dBW HPA：20WG/T-23dBK LNA噪声温度：100KINMARSAT-C一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
19、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1dB。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-El）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1626.51646.5MHz MESCES MES：移动站15
20、30.01545.0MHz MESCES 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EIRP27.21dBW HPA：20WG/T-10dBK(海上); -12dBK (陆地) LNA噪声温度：100K3.4 INMARSAT Mini-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。 M终端 Mini-M终端3.5
21、 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（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（0dBi），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
22、，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1626.5-1660.5MHz AESGES1525.0-1559 .0MHz GESAES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EIRP25.5dBW15.5dBWHAP60W（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
23、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-FINMARSAT-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
24、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256kbps 的数据传输速率。 F33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 ( broadband global 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
25、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12.2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、任何地点快速的建立移动办公室、应急指挥部、新闻采集直播、科考大本营等等。2007年，Inmarsat 进一步完善了其海上产品组合，推出FleetBroadband（海用BGAN终端）。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，此外还能让您按照需要选择有确保高达256kbps 的数据传输速率。海用BGAN终端3.8 ISATPHONE终端INMARSAT于2007年7月16日推出新的卫星电话服务，宣告进入手持和固定卫星电话市场。新服务包括手持、固定和海用卫星电话IsatPhone、LandPhone和FleetPhone。该卫星移动电话通过INMARSAT 位于印度洋地区上空的第四代卫星可在亚洲、非洲和中东地区获得服务。ISAT手持机终端
