杜靜波 柳曉月

針對(duì)商船、航空和特殊領(lǐng)域用戶對(duì)于衛(wèi)星寬帶業(yè)務(wù)的需求，Inniarsat推出了海事衛(wèi)星五代星業(yè)務(wù)。同時(shí)為了在海上業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全天候的無縫衛(wèi)星通信，結(jié)合五代星Ka波段和四代星L波段的優(yōu)勢(shì)，通過對(duì)終端的整合，推出海上FX業(yè)務(wù)。本文從波段特點(diǎn)以及終端復(fù)用技術(shù)方面系統(tǒng)介紹了FX業(yè)務(wù)的空間資源和終端使用的整體方案。

海事衛(wèi)星業(yè)務(wù)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星公司（以下簡(jiǎn)稱Inmarsat）成立于1979年，總部位于倫敦。她的前身是國(guó)際海上衛(wèi)星組織，由國(guó)際海事組織（IMO）創(chuàng)建，主要職責(zé)是為國(guó)際航線的商船提供衛(wèi)星通信服務(wù)，以便于進(jìn)行海上人命安全的監(jiān)管和救援。海事衛(wèi)星業(yè)務(wù)通過地球同步軌道衛(wèi)星構(gòu)建幾乎覆蓋地球表面的通信網(wǎng)絡(luò)，是全球唯一一個(gè)提供全球無縫衛(wèi)星通信的衛(wèi)星系統(tǒng)。隨著新的衛(wèi)星業(yè)務(wù)的不斷推出，以及行業(yè)和多個(gè)領(lǐng)域?qū)τ谛l(wèi)星服務(wù)通信的需求的擴(kuò)展，海事衛(wèi)星的用戶逐漸從海上擴(kuò)展到航空和陸地多個(gè)領(lǐng)域。到1998年，擁有該組織會(huì)籍的成員國(guó)達(dá)到89個(gè)。1999年，國(guó)際海上衛(wèi)星組織進(jìn)行了商業(yè)化改造，并在不同領(lǐng)域推進(jìn)新的衛(wèi)星業(yè)務(wù)。

海事衛(wèi)星業(yè)務(wù)經(jīng)過幾代衛(wèi)星業(yè)務(wù)的升級(jí)改造，目前市場(chǎng)主要使用的海事衛(wèi)星三代星、四代星業(yè)務(wù)的常見的終端類型有Inmarsat-C，fleet77、BGAN等，可以提供包交換數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、傳真和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)。海事衛(wèi)星三代星和四代星業(yè)務(wù)終端主要工作于L波段。

隨著VSAT衛(wèi)星業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，終端的小型化，便捷化，尤其是固定帶寬的包月數(shù)據(jù)使用模式越來越被市場(chǎng)接受和歡迎，海事衛(wèi)星業(yè)務(wù)也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。尤其是隨著衛(wèi)星寬帶多媒體業(yè)務(wù)需求的快速增長(zhǎng)，令Ka波段成為全球?qū)拵Ф嗝襟w雙向業(yè)務(wù)的首選頻段。為了應(yīng)對(duì)其他衛(wèi)星寬帶業(yè)務(wù)的挑戰(zhàn)，Inmarsat于2016年推出了基于Ka波段的第五代衛(wèi)星業(yè)務(wù)，并發(fā)揮原有L波段的優(yōu)勢(shì)，對(duì)五代星業(yè)務(wù)和四代星業(yè)務(wù)的終端進(jìn)行整合復(fù)用，在海上推出四代星業(yè)務(wù)和五代星業(yè)務(wù)的一體化產(chǎn)品FX，以實(shí)現(xiàn)對(duì)全天候衛(wèi)星通信服務(wù)的支持。

一、海事衛(wèi)星L波段衛(wèi)星業(yè)務(wù)及其終端

1、衛(wèi)星L波段簡(jiǎn)述

根據(jù)IEEE 621-2002標(biāo)準(zhǔn)，L波段是指頻率在1-2 GHz的無線電波波段，波長(zhǎng)范圍在300.00-150.00mm之間。L波段可被用于數(shù)字廣播通信DAB、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。海事衛(wèi)星使用1525.0-1646.5MHz頻段。L波段的傳播損耗和雨衰都非常小，對(duì)衛(wèi)星通信使用十分有利，尤其是在天氣狀態(tài)相對(duì)惡劣的海上優(yōu)勢(shì)更加凸顯。但同時(shí)L波段衛(wèi)星通信的頻率資源和軌位資源極為緊缺，存在資源有限、可用帶寬窄、傳輸容量小等缺陷，業(yè)務(wù)應(yīng)用局限于常規(guī)的話音和低速數(shù)據(jù)，相對(duì)與目前大眾對(duì)于數(shù)據(jù)通信帶寬的需求而言，限制了用戶的使用空間。

2、海事衛(wèi)星四代星業(yè)務(wù)

Inmarsat第一顆四代星衛(wèi)星發(fā)射于2006年，3顆衛(wèi)星覆蓋全球（兩極地區(qū)除外）。作為海事衛(wèi)星第一代移動(dòng)衛(wèi)星寬帶系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上突破了以往基于電路交換的技術(shù)體制，實(shí)現(xiàn)了IP數(shù)據(jù)交換功能。衛(wèi)星和船站間的上、下行線路則采用L波段，單個(gè)信道可提供492kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。Inmarsat四代星采用衛(wèi)星點(diǎn)波束技術(shù)，每一顆衛(wèi)星上有1個(gè)全球波束、19個(gè)寬點(diǎn)波束、228個(gè)窄點(diǎn)波束。Inmarsat在四代星衛(wèi)星業(yè)務(wù)中創(chuàng)新性的實(shí)現(xiàn)了星體通信資源的整合調(diào)配技術(shù)，可滿足衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器資源對(duì)熱點(diǎn)區(qū)域臨日引周用，以支持地面終端使用數(shù)量劇增的通信需求，此項(xiàng)技術(shù)的推出，在汶川地震、海地地震、日本海嘯等事件中得到了良好的應(yīng)用。這使得工作于L波段的第四代海事衛(wèi)星業(yè)務(wù)成為目前使用最穩(wěn)定的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

3、海事衛(wèi)星四代星終端

隨著海事衛(wèi)星終端設(shè)備的更新?lián)Q代，海上FleetBroadBand500系列終端成為目前市場(chǎng)上使用最廣泛的四代星終端。終端本身提供4kbps的電路語(yǔ)音交換，最高共享帶寬432kbps和最高專享帶寬256kbps的數(shù)據(jù)服務(wù)。由于FleetBroadBand500天線大，發(fā)射功率高，使用更穩(wěn)定，因此成為FX業(yè)務(wù)L波段的首選配用終端。

二、海事衛(wèi)星Ka波段衛(wèi)星業(yè)務(wù)及其終端

1、衛(wèi)星Ka波段簡(jiǎn)述

根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)，Ka波段的頻率范圍為26.5-40GHz。波長(zhǎng)在11.11mm-7.50mm之間，具有可用帶寬較寬、傳輸容量大、所受干擾少、終端設(shè)備體積小等特點(diǎn)，特別適用于高速衛(wèi)星通信、千兆比特級(jí)寬帶數(shù)字傳輸和VSAT等領(lǐng)域。Ka頻段高通衛(wèi)星使用多色頻率復(fù)用的密集點(diǎn)波束，其EIRP可達(dá)60dBW或更高，可使用更小的天線和功放，實(shí)現(xiàn)更低的通信成本。但是由于Ka頻段的波長(zhǎng)接近于雨滴直徑，容易受降雨衰耗影響，降雨衰耗最為嚴(yán)重，且對(duì)器件和工藝的設(shè)計(jì)要求也較高。

2、海事衛(wèi)星五代星業(yè)務(wù)

Inmarsat于2013年發(fā)射第一顆五代星Ka衛(wèi)星，其傳輸能力相較四代星有跨越式發(fā)展，帶寬和容量提升近百倍，速率提升數(shù)十倍，是全球第一個(gè)與4G接軌的移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)。五代星業(yè)務(wù)共有3顆衛(wèi)星覆蓋全球，2017年Inmarsat已發(fā)射第四顆衛(wèi)星作為備用和提供額外容量。單顆衛(wèi)星有點(diǎn)波速89個(gè)，衛(wèi)星載荷增加了6-8個(gè)可移動(dòng)高容量點(diǎn)波束，滿足全球突發(fā)事件和熱點(diǎn)地區(qū)通信的需求。

3、海事衛(wèi)星五代星終端

五代星終端采用集成化的室內(nèi)單元，室內(nèi)設(shè)備與室外天線僅通過一條同軸電纜連接，終端根據(jù)天線反射面口徑直徑分為60cm和100cm系列?？商峁㊣P語(yǔ)音（需使用指定話機(jī)）和MIR最大可用帶寬以及CIR最小保證帶寬兩類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。Inmarsat其他應(yīng)用領(lǐng)域如航空和陸用終端的五代星設(shè)備可以單獨(dú)使用，但是海上的業(yè)務(wù)強(qiáng)制使用GX和FleetBroadBand終端捆綁的模式。

此時(shí)的FleetBroadBand設(shè)備與單獨(dú)使用時(shí)有所不同，要使用FX專用的SIM卡，而且只提供一路電路交換語(yǔ)音備份服務(wù)（未來可能會(huì)增加），也不支持保障帶寬的CIR服務(wù)。也就是說，F(xiàn)leetBroadBand設(shè)備作為GX終端的備份設(shè)備提供盡可能的備份通信，同時(shí)FB無論產(chǎn)生多少數(shù)據(jù)流量，都不再需要支付獨(dú)立的數(shù)據(jù)通信費(fèi)用。

三、終端介紹及終端復(fù)用

五代星Ka波段終端和四代星L波段終端通過船端的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備NSD/INSD進(jìn)行連接，NSD/lNSD使用Direct核心模塊，目前主要有兩種類型，一種是思科2911路由器，一種是軟交換INSD。INSD是Inmarsat所開發(fā)的自有品牌的設(shè)備，五代星分銷商也可自行開發(fā)基于INSD內(nèi)核的自有設(shè)備。

五代星Ka波段終端是FX的主用設(shè)備，在終端故障或者雨衰較大時(shí)，NSD設(shè)備會(huì)自動(dòng)把通信切換到FleetBroadBand上。并且在船上網(wǎng)絡(luò)切換過程中，船上網(wǎng)絡(luò)的IP地址和路由都不會(huì)發(fā)生變化，船上的所有數(shù)據(jù)應(yīng)用不受任何影響。

NSD設(shè)備位于船端的DVB機(jī)柜內(nèi)，當(dāng)衛(wèi)星鏈路處于良好的環(huán)境條件時(shí)，終端可以工作在低電平和低調(diào)制的狀態(tài)，但是當(dāng)存在雨衰時(shí)，通信的信號(hào)值就會(huì)降低，終端就需要增加發(fā)射功率來保持通信暢通。Direct上行鏈路控制器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間，終端返回的發(fā)射頻率，輸出功率等數(shù)值進(jìn)行四相相移鍵控信號(hào)OPSK（Quadrature PhaseShift Keying）計(jì)算，根據(jù)正交調(diào)幅OAM（Quadrature Amplitude Modulation）原理，進(jìn)行信號(hào)損耗評(píng)估，從而確定選擇使用哪個(gè)終端。

Inmarsat海事衛(wèi)星海上FX利用先進(jìn)的信號(hào)調(diào)制和自動(dòng)切換技術(shù)，對(duì)五代星Ka波段高寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與四代星L波段高可靠數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行整合復(fù)用，為船舶提供了具有高頻率、高帶寬、高可靠性、高移動(dòng)性的新一代衛(wèi)星寬帶通信服務(wù)，為船上海圖的實(shí)時(shí)更新、視頻傳輸、其他大數(shù)據(jù)的交互和更多的船員應(yīng)用提供了通信條件，也將促進(jìn)船岸信息化的進(jìn)一步發(fā)展。