海事衛(wèi)星第五代衛(wèi)星系統(tǒng)特點(diǎn)及發(fā)展前景分

· 文 | 中國(guó)交通通信信息中心 朱小剛 李琛 陳銳

海事衛(wèi)星第五代衛(wèi)星系統(tǒng)特點(diǎn)及發(fā)展前景分

· 文 | 中國(guó)交通通信信息中心 朱小剛 李琛 陳銳

近年來(lái)，衛(wèi)星移動(dòng)通信業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，伴隨著傳統(tǒng)衛(wèi)星頻率資源越來(lái)越緊張，面對(duì)日益增長(zhǎng)的用戶需求，衛(wèi)星移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商也都在積極地對(duì)其網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行新的部署，拓展使用更高的Ka頻段以解決帶寬和容量問(wèn)題。

一、衛(wèi)星移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)

目前，全球衛(wèi)星移動(dòng)通信服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商主要包括國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星公司（Inmarsat）、銥星公司（Iridium）、瑟拉亞公司（Thuraya）、全球星公司（Globalstar）、美國(guó)軌道通信公司（Orbcomm）等，其中前3家運(yùn)營(yíng)商通信服務(wù)收入占整個(gè)產(chǎn)業(yè)的90%。隨著衛(wèi)星移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)主要收入從傳統(tǒng)話音業(yè)務(wù)向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的過(guò)渡，衛(wèi)星移動(dòng)通信領(lǐng)域技術(shù)呈現(xiàn)出以下幾個(gè)方面趨勢(shì)：

1）衛(wèi)星移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商都在積極發(fā)展下一代移動(dòng)通信衛(wèi)星，業(yè)務(wù)向IP化、寬帶化發(fā)展。

2）多點(diǎn)波束技術(shù)廣泛應(yīng)用。由于衛(wèi)星通信頻譜資源依然緊張，推行新的系統(tǒng)在頻譜資源方面阻力仍然很大。使用多點(diǎn)波束技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用，緩解L及S頻段擁擠現(xiàn)狀。

3）星載天線口徑不斷增大，衛(wèi)星發(fā)射功率不斷增強(qiáng)。2005年發(fā)射的國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星-4 （Inmarsat-4）星載天線口徑為12m，可產(chǎn)生213個(gè)波束，等效全向輻射功率（EIRP）值為67dBW；2010年底發(fā)射的美國(guó)天地-1（SkyTerra -1）衛(wèi)星的天線口徑已達(dá)到22m，EIRP值提升到79dBW。

4）Ka頻段成為當(dāng)前發(fā)展新方向。隨著衛(wèi)星通信的發(fā)展，L、C、Ku頻段資源越來(lái)越緊張，拓展更高頻率的Ka頻段以解決帶寬問(wèn)題已成為發(fā)展方向。

二、海事衛(wèi)星第五代星網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)

Inmarsat經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展和不斷的技術(shù)革新，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為世界上唯一為海、陸、空各行業(yè)用戶提供全球移動(dòng)衛(wèi)星通信服務(wù)的運(yùn)營(yíng)商和海上遇險(xiǎn)安全通信的通信保障系統(tǒng)。

隨著信息技術(shù)的深入發(fā)展，人們對(duì)于高帶寬、大容量的通信需求越來(lái)越明顯，海事衛(wèi)星第五代衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。第五代衛(wèi)星被稱(chēng)作“全球快訊”（Global Xpress），采用全I(xiàn)P體制，空間段采用3顆主用（120°間隔）加1顆備用靜止軌道衛(wèi)星的組網(wǎng)方式，使用Ka頻段，第一顆衛(wèi)星位于62.6° （E），覆蓋范圍包括歐洲、中東、非洲和亞洲；第二顆衛(wèi)星位于55°（W），覆蓋范圍為美洲及大西洋地區(qū)；第三顆衛(wèi)星已于2015年8月28日發(fā)射，覆蓋亞太地區(qū)。

☆ Inmarsat GX 衛(wèi)星全球覆蓋圖

每顆Inmarsat GX衛(wèi)星有89個(gè)Ka固定波束（最多可支持72個(gè)點(diǎn)波束同時(shí)工作），提供72×40MHz信道帶寬，每顆衛(wèi)星支持6個(gè)高容量可移動(dòng)波束。

Inmarsat第五代衛(wèi)星具有高頻段、高帶寬、高移動(dòng)性、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)。

1）高頻段：第五代衛(wèi)星系統(tǒng)使用Ka頻段，頻率資源更豐富，帶寬更大，更能適應(yīng)高清視頻等應(yīng)用的傳輸需要。

2）高帶寬：第五代衛(wèi)星帶寬達(dá)到5GHz，并且采用多點(diǎn)波束和頻率復(fù)用技術(shù)，上下行傳輸速率分別達(dá)到5Mbit/s和50Mbit/s。

3）高穩(wěn)定性：第五代衛(wèi)星的Ka頻段網(wǎng)絡(luò)將與現(xiàn)有的第四代衛(wèi)星的L頻段網(wǎng)絡(luò)組成雙?；旌闲途W(wǎng)絡(luò)，結(jié)合Ka頻段高速率和L頻段抗雨衰的特性，為用戶提供無(wú)縫服務(wù)。

4）高移動(dòng)性：五代衛(wèi)星的服務(wù)群體主要仍是海上船舶、空中飛機(jī)、陸地應(yīng)急安全，及陸地邊遠(yuǎn)地區(qū)和無(wú)通信覆蓋的盲區(qū)，具有很強(qiáng)的移動(dòng)性。

表1列出了第五代衛(wèi)星與之前三代衛(wèi)星技術(shù)特性。

表1　第五代衛(wèi)星與前三代衛(wèi)星技術(shù)比較

三、Inmarsat第五代衛(wèi)星應(yīng)用

Inmarsat從第一代發(fā)展到現(xiàn)在的第五代，業(yè)務(wù)從模擬通信到第五代的全I(xiàn)P業(yè)務(wù)，技術(shù)體制發(fā)生了巨大變化?，F(xiàn)在海事衛(wèi)星在政府、能源、交通、搶險(xiǎn)救災(zāi)、視頻直播、日常通信方面都有著廣泛的用途。第五代衛(wèi)星系統(tǒng)具有高頻段、高帶寬、高移動(dòng)性、高穩(wěn)定性、全球覆蓋等特性，可以為用戶提供高速移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的來(lái)臨，信息通信技術(shù)促進(jìn)了傳統(tǒng)行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)的深度融合，移動(dòng)衛(wèi)星以其具有的通信距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣、不受地面條件的約束、建站成本與通信距離無(wú)關(guān)、組網(wǎng)靈活機(jī)動(dòng)、能多址連接且通信容量較大、通信質(zhì)量可靠和機(jī)動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)，將極大豐富“互聯(lián)網(wǎng)+”的內(nèi)涵和外延能力，對(duì)邊遠(yuǎn)地區(qū)開(kāi)發(fā)，對(duì)我國(guó)推進(jìn)“一帶一路”、海洋戰(zhàn)略發(fā)展起到強(qiáng)力支撐作用，未來(lái)的應(yīng)用前景非常廣闊。

1.第五代衛(wèi)星在“一帶一路”中的應(yīng)用

2013年9月，習(xí)近平總書(shū)記提出“一帶一路”的戰(zhàn)略構(gòu)想。Inmarsat第五代衛(wèi)星系統(tǒng)全球、全時(shí)、全天候的特性可以響應(yīng)“一帶一路”戰(zhàn)略對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信領(lǐng)域的需求。

中國(guó)“一帶一路”戰(zhàn)略圈對(duì)衛(wèi)星通信資源的需求迅速擴(kuò)大，不僅在傳統(tǒng)的政府、石油、新聞媒體、工程建設(shè)等領(lǐng)域?qū)⒌玫酵黄疲诤Ｉ?、航空、礦山、電力以及國(guó)家各應(yīng)急通信領(lǐng)域、科考探險(xiǎn)、個(gè)人應(yīng)用等市場(chǎng)領(lǐng)域都會(huì)表現(xiàn)出快速的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

Inmarsat第五代衛(wèi)星系統(tǒng)在國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略應(yīng)用中有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是面對(duì)“一帶一路”發(fā)展沿線高山、海洋，戈壁沙漠等特殊的地理環(huán)境，Inmarsat第五代衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫覆蓋，并且Inmarsat第五代衛(wèi)星采用頻率高的Ka頻段，提供高帶寬，資源統(tǒng)一規(guī)劃，可以滿足未來(lái)“一帶一路”對(duì)大數(shù)據(jù)傳輸、商務(wù)和娛樂(lè)井噴式的需求。二是海事衛(wèi)星全球廣泛使用，已經(jīng)被“一帶一路”沿線所涉的40余個(gè)國(guó)家接受，依托Inmarsat第五代衛(wèi)星體系，可實(shí)現(xiàn)“一帶一路”通信信號(hào)的全面覆蓋，提供高速、高容量和可靠、經(jīng)濟(jì)的寬帶衛(wèi)星通信，從而在通信領(lǐng)域?yàn)榘l(fā)展“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略鋪平道路。

2.第五代衛(wèi)星在國(guó)家海洋戰(zhàn)略中的應(yīng)用

海洋發(fā)展戰(zhàn)略的推行和發(fā)展，遠(yuǎn)洋航行已是世界海洋交通的新趨勢(shì)。遠(yuǎn)洋航行是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)性的產(chǎn)業(yè)，具有涉外性、專(zhuān)業(yè)性、獨(dú)立性，航行范圍廣、流動(dòng)性大、危險(xiǎn)系數(shù)高等特性。另外，世界重要水道越來(lái)越擁擠，海洋事故時(shí)有發(fā)生，給遠(yuǎn)航安全和海洋生態(tài)環(huán)境造成了巨大威脅，船舶航行安全對(duì)岸船、船舶之間的通信提出更高的要求。目前，海事衛(wèi)星系統(tǒng)是唯一符合國(guó)際海事組織（IMO）“國(guó)際海上人命安全公約”（SOLAS）要求的海上遇險(xiǎn)安全通信系統(tǒng)，Inmarsat第五代衛(wèi)星為全球遠(yuǎn)洋航行提供重要保障，是海上遇險(xiǎn)搜救的“生命線”。

隨著國(guó)家建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的推進(jìn)，海上電子商務(wù)、移動(dòng)聯(lián)網(wǎng)、船舶物聯(lián)網(wǎng)信息回傳等應(yīng)用將越來(lái)越普及，傳統(tǒng)的通信和信息模式已不能滿足互聯(lián)互通的需求。Inmarsat第五代衛(wèi)星寬帶應(yīng)用的推出，在速率、帶寬、無(wú)縫切換、全球覆蓋等方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，在各類(lèi)航運(yùn)船舶應(yīng)用及海洋執(zhí)法方面具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

應(yīng)用Inmarsat第五代衛(wèi)星系統(tǒng)，可以方便地在船上開(kāi)展遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程維修、遠(yuǎn)程醫(yī)療等工作。同時(shí)船員可以使用IP電話與家人通話、享受網(wǎng)上沖浪。對(duì)海上隨時(shí)可能出現(xiàn)的各類(lèi)事故，系統(tǒng)可將船上的實(shí)時(shí)畫(huà)面?zhèn)鬏斨陵懙?，第一時(shí)間形成海陸一體聯(lián)動(dòng)機(jī)制，妥善處理各類(lèi)突發(fā)事件，提高遠(yuǎn)洋航運(yùn)的安全性。

安裝在船舶上的主機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲取船舶數(shù)據(jù)，通過(guò)衛(wèi)星傳輸，陸地辦公人員可以直接獲得船舶主機(jī)運(yùn)行情況、油耗、設(shè)備健康等信息，結(jié)合天氣、洋流等海洋信息，經(jīng)數(shù)據(jù)分析得出可靠的船舶運(yùn)營(yíng)決策，提高運(yùn)營(yíng)效率和效益。

3.第五代衛(wèi)星助力邊遠(yuǎn)地區(qū)開(kāi)發(fā)

我國(guó)地域遼闊，地形地貌復(fù)雜，地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，邊遠(yuǎn)地區(qū)信息通信嚴(yán)重滯后。海事衛(wèi)星寬帶系統(tǒng)由于其覆蓋范圍廣、通信容量大、不受環(huán)境影響等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為地面通信網(wǎng)絡(luò)的延伸和補(bǔ)充，尤其是應(yīng)急通信應(yīng)用和地面網(wǎng)絡(luò)不易覆蓋的區(qū)域，海事衛(wèi)星寬帶系統(tǒng)成為了有效通信手段。

應(yīng)對(duì)邊遠(yuǎn)地區(qū)地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋成本大、利用率低的缺點(diǎn)，衛(wèi)星移動(dòng)寬帶通信靈活便捷，成為有效的通信解決方案。Inmarsat第五代衛(wèi)星系統(tǒng)支持話音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)傳輸、視頻會(huì)議、VOIP IP電話等業(yè)務(wù)，在任何惡劣的環(huán)境下都能實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)傳輸或?yàn)楣ぷ鹘M搭建臨時(shí)辦公室式的可共享通信網(wǎng)絡(luò)。用戶可通過(guò)電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，以LAN/AD/PON局域網(wǎng)/管理域/無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)等方式接入北京地面接收站（POP站），進(jìn)行分組交換域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過(guò)電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)接入，方式靈活，成本較低。對(duì)安全性和穩(wěn)定性要求較高的分組交換域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶，可通過(guò)電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)IP專(zhuān)線接入POP站。

Inmarsat第五代衛(wèi)星系統(tǒng)具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、覆蓋范圍廣、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，非常適合于石油天然氣勘探、地質(zhì)、遠(yuǎn)程教育、新聞報(bào)道、林業(yè)等邊遠(yuǎn)地區(qū)陸地用戶使用，而且使用領(lǐng)域還在不斷拓寬，推動(dòng)邊遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。

四、結(jié)束語(yǔ)

衛(wèi)星移動(dòng)通信技術(shù)正在由以話音為主的窄帶通信系統(tǒng)，向高帶寬、高容量、多媒體的方向發(fā)展。人們對(duì)高帶寬衛(wèi)星業(yè)務(wù)的需求持續(xù)增長(zhǎng)，新一代的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)將在滿足各種用戶需求的過(guò)程中日益顯現(xiàn)出技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)。隨著國(guó)家戰(zhàn)略的深入進(jìn)行、衛(wèi)星移動(dòng)通信市場(chǎng)的不斷拓展及天地一體化的推進(jìn)，Inmarsat衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)必將發(fā)揮出越來(lái)越重要的作用。