寬帶海事衛星通信系統的技術特點與應用

摘 要：本文分析了寬帶海事衛星通信系統，即海事衛星第五代全球衛星通信系統的構成、技術特點、優勢及實際應用。凸顯了寬帶海事衛星通信系統對于海上通信、海上航行安全、視頻監控及機載衛星通信、機載寬帶接入服務的重要作用。

關鍵詞：寬帶衛星通信；船員WiFi；自動路由切換；機載衛星寬帶接入

中圖分類號：TN927.2 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）07-0066-03

Abstract：This paper analyzes the composition，technical features，advantages and practical applications of the fifth generation of the global satellite communication system，the maritime satellite communication system. It highlights the important role of the broadband maritime satellite communication system for maritime communications，maritime navigation security，video surveillance and airborne satellite communication and airborne broadband access services.

Keywords：broadband satellite communication；crew WiFi；automatic route switching；airborne satellite broadband access

0 引 言

隨著我國遠洋運輸、遠洋科考和遠洋漁業的迅猛發展，寬帶海事衛星通信系統的應用及其重要性越來越凸顯出來。當船舶在海洋上航行，飛機在天空中飛行時，通過寬帶海事衛星通信系統可隨時隨地得到船舶航行安全信息（如臺風警告、海盜預警）及飛機飛行有關數據等，從而及時采取科學的決策，進而可以行之有效地規避風險。船員通過船上WiFi每天和家人發微信、短信或在飛機上通話、上網等已不再是奢望，這些都可通過寬帶海事衛星通信系統變成現實。

1 寬帶海事衛星通信系統的構成與主要特點

目前用于寬帶海事衛星通信的系統主要兩種，一是寬帶海事衛星通信系統，即第五代海事衛星寬帶通信系統FX（Fleet Xpress），二是海事VSAT衛星通信系統。寬帶海事衛星通信系統具有全球、全時、全天候、穩定、可靠等特點，其業務覆蓋了太平洋、印度洋和大西洋各個區域，是目前唯一可以為陸、海、空用戶提供日常通信和安全通信的系統，已成為海上通信和安全監控必備的通信聯系手段。

1.1 海事寬帶衛星通信系統的構成

海事寬帶衛星通信系統主要由空間衛星、關口站、移動終端三部分構成，如圖1所示。

1.1.1 空間衛星

包括3顆工作在Ka頻段的衛星，每顆衛星包括兩個有效載荷，即全球載荷和可旋轉高容量載荷。全球載荷提供89個固定點波束和72個信道，實現全球覆蓋。每顆衛星下部署6個可移動高容量載荷，提供多地區動態覆蓋，有效提升熱點區域的通信能力。衛星還提供一個全球波束、兩個可旋轉網關波束，用于地面接續。每顆衛星的總帶寬可達5GHz，支持144個40MHz的頻帶。

1.1.2 關口站

每顆衛星下設置兩個關口站，互為備份，以實現極端天氣下站點間的快速切換，保障全網通信質量。每個衛星下有一主一備兩個地面站，形成熱備份機制。印度洋衛星的地面站建在希臘和意大利，大西洋衛星的地面站建在美國和加拿大，太平洋的地面站建在新西蘭。

1.1.3 移動終端

移動終端的主要作用是進行信號的收發和處理，并與其他終端之間進行撥打電話或收發短信，以及實現互聯網訪問、電子郵件、視頻傳輸等一系列功能。

1.2 寬帶海事衛星通信系統的主要特點

目前寬帶海事衛星通信系統已升級更新到第五代衛星系統，第五代衛星通信系統使用Ka波段進行通信，Ka頻段最大的特點是具有很強的通信帶寬，最高數據傳輸速率可達下載50Mbps，上傳5Mbps。

海事衛星通信系統的移動終端包括多種型號，主要有A、B、M、F終端以及第四代星的FB終端和第五代星的GX。第五代海事衛星通信系統FX把FB和GX封裝成一個整體系統，綜合了FB的高可靠性和GX高帶寬的優勢，是目前海事衛星最先進的設備。

2 寬帶海事衛星通信系統優勢和技術特點

2.1 寬帶海事衛星通信系統的優勢

寬帶海事衛星通信系統是全球第一個使用Ka波段的衛星通信系統，全球無縫覆蓋，可為全球衛星終端用戶提供下行50Mbps，上行5Mbps的帶寬速率。終端在移動時可以在不同衛星波束之間無縫切換，而且FX還使用穩定可靠的第四代星FB作為通信熱備份保障。

FX系統不是單一的一個系統，它把第四代和第五代海事衛星通信系統整合為一個整體，并且可以在兩者之間進行自動切換。對于終端來說，FX系統由海事衛星第四代終端、第五代終端和網絡服務設備組成，第四代終端和五代終端同時在線，由網絡服務設備自動選擇網絡路由。FX業務同時具備五代星高速數據和四代星高可靠性的優點。

當五代星Ka波段高頻信號因降雨出現較大雨衰而無法使用時，系統設備會自動進行識別，并且把網絡路由自動切換到第四代星終端上，等到天氣轉好五代星終端可用時，又會自動切換回來。

2.2 寬帶海事衛星通信系統的技術特點

（1）高頻段。該系統使用的是Ka波段，相對于C、K頻段，Ka頻段的可用頻率資源最為豐富，高達3.5GHz。

（2）點波束。點波束的使用使頻率的利用率提高了20倍以上，通信容量和性價比得到了很大地提高。

（3）終端小。由于Ka波段衛星信號具有很高的增益，使得用戶終端可以做得越來越小。

（4）多關口。饋電鏈路頻率的復用、用戶的本地化接入等因素，要求Ka頻段衛星系統在多個地域設置關口站，并形成一個完整的信息網絡。

（5）容量大。Ka波段衛星頻率資源豐富，把點波束、頻率復用等加以綜合運用，使其容量提高到100Gb/s，可達200Gb/s。

（6）抗干擾性強。由于Ka頻段工作在遠離地面通信系統的工作頻率范圍，因而具有天然的抗干擾性。

（7）雨衰較大。由于Ka波段頻率很高，因而雨衰較大。但是，可以通過采用一些新技術使雨衰得到有效地控制。

3 寬帶海事衛星通信系統的應用

寬帶海事衛星通信系統衛星和各移動終端之間建立了一條透明的高速信息通道，在這條通道上可以傳輸各種各樣的信息，主要有語音、傳真、數據、郵件、視頻監控、船員上網、機載衛星寬帶接入等實際應用。

3.1 視頻監控和視頻會議

眾所周知，當船舶駛離港口，航行在大洋上時，安全問題就成了第一位的。因為一旦發生重大安全（如海盜襲擊等）問題，岸上指揮中心需要第一時間了解有關情況，并根據當時當地的實際情況，采取科學的決策，做出適宜的指揮和部署，從而達到規避風險的目的。于是，船舶視頻監控和視頻會議便應運而生。

視頻監控由船舶本地視頻采集、衛星鏈路傳輸、岸上控制與顯示三部分組成。在駕駛臺上配置硬盤錄像機作為視頻監控的核心，并與所有艙外云臺攝像機連接起來，這樣攝像機拍攝的視頻畫面在硬盤錄像機中不間斷地錄像，并自動保存，同時支持畫面遠程傳輸與本地輸出，遠程傳輸可使岸上指揮中心通過衛星IP網絡遠程觀看硬盤錄像機的實時畫面，本地輸出將拍攝畫面實時輸出到駕駛臺的視頻監視器，使船上實時了解岸上遠程視頻監控的畫面內容。另外，在船上會議室里可以安裝視頻會議終端設備，然后把船上的視頻監控畫面輸入到視頻會議終端，通過寬帶衛星鏈路與岸上指揮中心視頻會議系統聯通，就可以在船上和岸上指揮中心召開視頻會議。

3.2 船員WiFi上網

隨著科學技術和計算技術的飛速發展，具有WiFi功能的智能手機、平板、筆記本等日益普及，大家迫切要求可以實現任何時間、任何地點無線WiFi上網。當然，船員也不例外，他們日復一日地漂泊在大洋之上，長期遠離家人和朋友，對于船舶無線WiFi上網的需求尤為迫切。

但是，由于衛星通信系統的帶寬一般是低于陸地網絡的帶寬，而且首先要保障船舶正常安全航行，因而需要對船員WiFi上網進行相應的管理。針對船員WiFi上網應用環境，結合FX衛星通信鏈路的特點，利用特有無線控制路由器，提供集中式認證管理，系統工作原理如圖2所示。

3.3 機載衛星寬帶接入服務

機艙內通過寬帶海事衛星通信系統，可實現國內航班和國際航班的全程通信接入服務。在為乘客提供多媒體通信服務的同時，也可為空中交通管制和飛機導航系統及應急通信提供備份使用，為飛行管理駕駛艙數據、客艙乘客狀態信息傳輸提供寬帶接入服務。

3.3.1 航空公司飛行管理應用

在飛機上，從駕駛艙到客艙，從飛行員到每一位旅客，寬帶海事衛星通信系統可以提供一套完整的衛星通信應用解決辦法，即將話音、數據、飛行數據、航空天氣預報以及更多的管理集成在一個包。包括起飛前的申報和許可、機場各航站樓的數字信息服務、為飛行員提供航站樓氣象信息、指定起飛和降落時間、位置報告、飛行計劃、通過電子郵件和無線設備與互聯網的短信服務、為每個飛機設定特有的郵件地址收發信息等。

3.3.2 GSM客艙應用

目前乘坐飛機在飛機起飛前都要求關閉手機，禁止在飛機上使用手機。但是，通過接入寬帶海事衛星寬帶網絡，就可以實現在飛機上GSM的手機通信，而不必關閉手機；無線接入點可為具有WiFi功能的終端或智能手機提供無線通訊連接。

4 結 論

寬帶海事衛星通信系統的推廣與應用，對建設“海上高速信息公路”將起到一個良好的推動作用，該系統不僅可用于船舶安全、位置監控、遠程醫療、政府應急指揮、船隊運營可視化管理等，還可以提供機載衛星寬帶接入服務，從而為交通強國和交通運輸信息化建設提供強有力的基礎支撐和服務保障，并對助力“一帶一路”互聯互通發揮積極的作用。

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作者簡介：馬進華（1966.11-），男，漢族，高級工程師。研究方向：衛星通信與信息化。