2.4 国际海事卫星通信系统

2.4.1 系统简介

由国际移动卫星公司（INMARSAT）经营的国际海事卫星通信系统支持的通信服务在海事方面的应用包括直拨电话、传真、电子邮件、数据连接、船队管理、船队安全网和紧急状态示位标；在航空方面的应用包括驾驶舱语音、数据连接、位置与状态自动报告和旅客直拨电话；在陆地方面的应用包括微型卫星电话、传真、数据连接和运输上的双向数据通信、位置报告、电子邮件及车队管理等。国际海事卫星通信系统还为海事遇险救助和陆地较大自然灾害提供免费应急通信服务。

国际海事卫星通信系统由空间段、地面段和用户段组成，其系统架构如图2-15所示。

2.4.2 空间段

国际海事卫星通信系统至今已发展到第五代。本小节只介绍第三代和第四代。第三代卫星有1个全球波束和7个宽点波束，卫星采用透明转发器。4颗不同轨道位置的第三代卫星（另有4颗不同轨道位置的第二代卫星作为备用）和分布在全球的30多个地球站共同为广大用户终端提供服务。4颗卫星联合覆盖了除南、北两极之外的全球所有地区。其可提供的全球通信业务已从最初的语音通信业务发展到传真、数据连接和多媒体等业务。

为了满足不断增长的业务的需要，自2005年起，国际移动卫星公司开始发射第四代海事卫星。第四代海事卫星星座设计为3颗卫星覆盖全球。第四代卫星有1个全球波束、19个窄波束和193个点波束。全球波束的主要作用是广播初始系统信息，由该波束内的终端接收；宽点波束主要用于终端注册、短信息业务等；点波束主要用于终端通信，包括语音业务和IP数据业务。所以，终端从开机到业务使用的过程，即终端从全球波束内接收系统信息到从点波束内实现通信的过程。值得注意的是，用于通信功能的点波束，在地理区域内可以实现容量动态分配和调整。点波束提供给用户终端的卫星EIRP为67dBW。以上卫星性能的提高，为大幅度提高全球覆盖系统的容量和促进用户终端的进一步小型化创造了条件。

随着第四代海事卫星的发射和应用，相应地，世界上第一个全球高速移动数据网络建成了。其提供的业务为宽带移动多媒体业务，也称全球宽带局域网（BGAN）业务。该网络与地面移动通信3G业务完全相容，将提供传统的通信模式，即电路交换网的语音与传真业务，并提供基于IP的全球宽带网络业务。IP业务最高速率可达432kbps，可应用于互联网、移动多媒体、电视会议等多种业务。

Inmarsat-3卫星和Inmarsat-4卫星的主要技术特性如表2-10所示。

2.4.3 地面段

地面段的设备配置及各设备相互间的关系和功能如图2-15中左边部分所示。图2-15中，设在伦敦国际移动卫星公司总部的网络操作中心（NOC）负责Inmarsat系统的测控、运营和管理。其又分为操作控制中心（OCC）和卫星控制中心（SCC）两部分（均设在伦敦）。

操作控制中心使用全球通信网络与分布在全球3个洋区的4个网络协调站进行信息交换，对整个卫星通信网络的通信业务进行监视、协调和控制。在每个洋区，至少有一个地球站兼作网络协调站，并由它来完成该洋区内卫星通信网络必要的信道控制和分配工作。

卫星控制中心使用全球通信网络与分布在全球3个洋区的4个测控站进行信息交换，负责监控所有Inmarsat卫星的运行情况。测控站直接对Inmarsat卫星进行控制和管理。测控站跟踪、遥测卫星，并把测得的数据发送到卫星控制中心处理。测控站还接收卫星控制中心发来的分析结果，以此为依据给卫星发送指令，对卫星进行控制。全球设立的4个测控站分别位于加拿大的考伊琴湖（Lake Cowichan）及彭南特角（Pennant Point）、意大利的福希诺（Fucino）和中国的北京（Beijing）。测控站在必要时可以替代卫星控制中心控制卫星，起到备用的作用。

岸站（又称信关站）是指设在海岸附近的固定地球站，归各国主管部门所有，并归其经营。它既是国际海事卫星通信系统与地面通信系统的接口，又是一个控制和接入中心。其主要功能为：①对从船舶或陆地上来的呼叫建立和分配信道；②监视信道状态（空闲、正在受理申请、占线等）和管理排队；③编排和核对船舶识别码；④登记呼叫，产生计费信息；⑤监收遇难信息；⑥补偿卫星转发器的频率偏差；⑦通过卫星的自环测试；⑧在多岸站运行时对网络进行控制；⑨对船舶终端进行基本测试。

岸站典型的抛物面天线口径为11～14m。表2-11所示为岸站的主要性能参数。

2.4.4 用户段

1.船载用户终端

Inmarsat-F系列终端产品是船用产品，包括Fleet 33、Fleet 55、Fleet 77等产品，其后面的数字代表天线口径的尺寸，如77指天线口径为77cm。Fleet 33和Fleet 55适用于中小船舶的通信系统，Fleet 77适用于大型远洋船舶的通信系统。Inmarsat-F系列终端产品的特性比较如表2-12所示。

Fleet 77是Inmarsat-F系列中功能最多、最强的产品，它具有导航、安全与遇险紧急通信、船载局域网（LAN）连接、互联网接入、船与船通信、货物/船舶遥测、电视会议、文件传送、远程医疗、远程教育等功能。其中，安全与遇险紧急通信设施完全按照全球海上遇险与安全系统（GMDSS）的标准配置。

2.车载用户终端

车载系列典型产品如表2-13所示。其应用业务类型有电子邮件、互联网接入、Intranet接入、安全的VPN、电话、网络电话、短信、视频会议、实况视频流、文件传输、时间关键数据传输、远程监控等。

3.机载用户终端

航空通信已从低速数据和语音通信发展到了IP业务的宽带通信，代表现代水平的Swift-Broadband200产品已投入使用。它通过一个单一的天线和相关设备为整架飞机的驾驶舱和客舱提供高质量的语音及数据通信服务，如飞行中的电话、网络电话、短信、电子邮件、互联网和VPN访问服务，以及飞行计划、天气和图表更新服务。其IP数据传输速率分为432kbps（高增益机载天线）、332kbps（中等增益机载天线）和200kbps（低增益机载天线），动态IP数据流传输速率为8kbps、16kbps、32kbps、64kbps和128kbps。

4.便携用户终端

便携用户终端BGAN兼容地面3G蜂窝移动通信业务，其典型产品特性如表2-14所示。BGAN支持视频会议、数据图像传输、高速Internet接入、语音、传真、ISDN、短信、语音信箱等多种业务。

5.手持用户终端

2007年7月19日，原中国交通通信中心在北京正式开通了海事卫星手机业务。它通过国际移动卫星公司的第四代海事卫星提供语音服务。使用者可以在移动中通话，海事卫星手机待机时间长达42h，适合个人使用。其特性如表2-15所示，外形如图2-16所示。

2.4.5 笫五代国际海事卫星通信系统

随着信息技术的深入发展，人们对高带宽、大容量的通信需求越来越明显，第五代国际海事卫星通信系统应运而生。它使国际移动卫星公司在原有L频段全球覆盖的卫星移动通信系统上，新增了Ka频段全球覆盖的宽带卫星移动通信系统。

1.Inmarsat-5技术特性

第五代海事卫星（Inmarsat-5）的空间段采用3颗主用加1颗备用静止轨道卫星的组网方式。3颗主用卫星的技术特性如表2-16所示，3颗主用卫星多点波束全球覆盖区域示意如图2-17所示。

2.地球站

1）地面信关站

信关站是卫星和陆地网络通信的关键节点，负责处理用户终端的业务申请交换和分配用户资源容量，为用户提供电路交换和分组交换业务。

第五代国际海事卫星通信系统在全球共设立了主备兼顾的6个地面信关站，分别部署在欧洲、美洲和亚洲。每颗主用卫星对应的洋区下设有主、备两个信关站。其中，位于希腊的尼米亚和意大利的富齐诺的信关站承担印度洋卫星的业务；位于美国的利诺湖和加拿大的温尼伯的信关站负责大西洋卫星的业务；位于新西兰的沃克沃斯和奥克兰的信关站负责太平洋卫星的业务。这6个信关站由3个分别部署在纽约、悉尼和阿姆斯特丹的网络协调中心接入海事卫星全球网络。全球网络协调中心之间采用专线互联，呈环状网络，且各网络协调中心分别与所在区域的信关站之间采用专线互联。第五代国际海事卫星通信系统的全球信关站网络结构示意如图2-18所示。

为了解决Ka频段卫星通信链路面临的严重的雨衰问题，第五代国际海事卫星通信系统选择在每个洋区内距离数百英里（1英里约1.6千米）的两地建立信关站，使得主、备信关站物理分离。当遇到极端天气影响或故障时，主、备信关站能自动切换，从而最大限度地消除地面信关站业务中断的可能性。

2）地面接续站

地面接续站是海事卫星网络在全球的延伸。海事卫星的商用合作伙伴可以建设自己的接续站，通过专线将接续站与海事卫星网络在各大洲的网络协调中心连接，进而接入各地面信关站。同时，地面接续站与所在国家的电信运营商通过互联网连接，以便提供本地的便捷网络接入。另外，地面接续站还能通过专线接入相关的企业内网，提供更好的链路质量。我国北京已建有第五代国际海事卫星通信系统的地面接续站。

3.第五代国际海事卫星通信系统用户终端

用户终端即海、陆、空用户使用的通信设备，其利用卫星中继转发信号，实现船-船、船-岸通信接续。其主要通信服务包括同时多路语音电话、传真、互联网数据传输和音视频传输，以及专用网的数据、音视频传输与遇险报警等。

第五代国际海事卫星通信系统提供两类用户终端：全球快讯（GX）终端和舰队快讯（FX）终端。GX终端使用Ka频段通信。GX终端外形示例如图2-19所示。FX终端在正常情况下使用Ka频段通信，同时将L频段作为备份使用，并能实现两者之间的自动切换。它集成了Ka频段高容量、高速率与L频段高稳定度的工作特点。

4.第五代国际海事卫星通信系统应用

第五代国际海事卫星通信系统应用甚多，举例如下。

（1）海上遇险安全通信及搜救指挥调度：可实现海上全信息通信保障服务，在海上遇险安全通信和搜救等领域可有效、快捷地实现岸基远程、全过程视频指挥和救助。

（2）机载卫星宽带接入服务：机舱内的无线通信系统通过第五代国际海事卫星通信系统，可实现长程国内航班和国际航班的全程通信接入服务。

（3）海外应急通信体系：可将音视频、位置、移动轨迹、短信、群发等功能集成在一起，组成强大、安全的应急信息系统，提供远程（海外单位）和本地使用的一体化解决方案。

（4）远洋运输船舶信息服务：可使船上人员方便地在船上开展远程监控、视频会议、远程维修、远程医疗等工作；同时可使船员用IP电话与家人通话及上网。