文|吳麗華
INMARSAT-國(guó)際海事衛(wèi)星組織(International Maritime Satellite Service,簡(jiǎn)稱INMARSAT),成立于1979年,1994年12月,更名為國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星組織,英文縮寫保持INMARSAT不變。INMARSAT系統(tǒng)是世界最早的GEO(Geosynchronous Earth Orbit,地球同步軌道)全球衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng),也是世界最大的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。國(guó)際海事衛(wèi)星組織是海事衛(wèi)星系統(tǒng)的所有者和運(yùn)營(yíng)者。經(jīng)過30多年穩(wěn)定良性發(fā)展,INMARSAT現(xiàn)已發(fā)展成為世界唯一的覆蓋地球約85%土地(除南北兩極)和世界上大約98%人口的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。截至2012年3月底,INMARSAT擁有11顆衛(wèi)星,分別組成INMARSAT à2,INMARSAT-3,INMARSAT-4 系統(tǒng)。衛(wèi)星定位在距地球35786公里的地球同步軌道上,向全球的海上、陸地、航空用戶提供話音、數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)接入以及海上搜救業(yè)務(wù)。目前INMARSAT的海事衛(wèi)星通信終端已經(jīng)超過30萬(wàn)臺(tái)。
圖1 下一代海事衛(wèi)星Inmarsat-5衛(wèi)星
INMARSAT成立時(shí),沒有屬于自己的衛(wèi)星。只能租用美國(guó)通信衛(wèi)星公司(COMSAT)的Marisat衛(wèi)星、歐洲宇航局的Marecs和國(guó)際通信衛(wèi)星組織的IntelSat-V衛(wèi)星,運(yùn)營(yíng)INMARSAT-1(第一代INMARSAT)系統(tǒng)。
INMARSAT于1991年3月8日,10月30日,11月29日,和1992年4月5日,發(fā)射了4顆衛(wèi)星,構(gòu)成了INMARSAT-2衛(wèi)星星群,分別為大西洋東星,定位于15.5°W;印度洋星,定位于64.5°E;太平洋星,定位于178°E;大西洋西星,定位于54àW。INMARSAT-2衛(wèi)星為全球波束衛(wèi)星。1996年4月,發(fā)射第一顆INMARSAT-3衛(wèi)星,部署于印度洋上空,1996年9月發(fā)射第二顆INMARSAT-3衛(wèi)星,覆蓋大西洋東,1996年12月17日發(fā)射第三顆INMARSAT衛(wèi)星,覆蓋大西洋西,1997年6月3日發(fā)射第四顆衛(wèi)星,覆蓋太平洋,構(gòu)成INMARSAT-3衛(wèi)星星群,INMARSAT-3是INMARSAT第一次采用點(diǎn)波束,并將點(diǎn)波束和全球波束結(jié)合在一起使用。INMARSAT-2、INMARSAT-3,都使用四顆衛(wèi)星覆蓋全球。
2005年3月11日,第一顆INMARSAT-4代星的發(fā)射,起初定位于64°E,覆蓋印度洋地區(qū)。2005年11月8日,第二顆INMARSAT-4衛(wèi)星定位于53°W,覆蓋美洲地區(qū)。2008年8月18日,第三顆INMARSAT衛(wèi)星定位98°W,覆蓋美洲。2009年1-2月間,完成1、2顆衛(wèi)星變軌,分別定位于25°E,143.5°E。三顆INMMARSAT-4衛(wèi)星覆蓋全球。INMARSAT-4衛(wèi)星在功率、容量、適應(yīng)性三方面在移動(dòng)衛(wèi)星通信中開創(chuàng)了新紀(jì)元。與上一代衛(wèi)星INMARSAT-3相比,每顆INMARSAT-4衛(wèi)星的功能強(qiáng)大60倍,容量也大20倍。與前幾代衛(wèi)星不同,INMARSAT-4首次使用3顆衛(wèi)星覆蓋全球。
2008年,在INMASAT-4投入運(yùn)營(yíng)還不到3年時(shí),INMARSAT就著手研制下一代海事衛(wèi)星系統(tǒng)INMARSAT-5,構(gòu)建全球?qū)拵o(wú)線網(wǎng)絡(luò)(又稱INMARSAT Global Xpress)。INMARSAT將其命名為INMARSAT-5,即Global Xpress,提供無(wú)縫的全球覆蓋和移動(dòng)寬帶,INMARSAT-5將用戶群細(xì)化為四個(gè)部分-政府、海事、企業(yè)和能源,以及航空。
下一代海事衛(wèi)星系統(tǒng)INMARSAT-5支持INMARSAT Global Xpress業(yè)務(wù),總投資將達(dá)12億美元,包含衛(wèi)星的建造成本,地面網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、產(chǎn)品開發(fā)、衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)和保險(xiǎn)等成本。2010年8月6日,INMARSAT與美國(guó)衛(wèi)星制造商波音公司簽訂合同,訂購(gòu)三顆KA波段衛(wèi)星,這三顆衛(wèi)星將組成INMARSAT-5的星座群,覆蓋全球。INMARSAT-5衛(wèi)星采用波音公司成熟的702HP衛(wèi)星平臺(tái),星上有89個(gè)KA轉(zhuǎn)發(fā)器,額定功率15KW,設(shè)計(jì)使用壽命15年。衛(wèi)星的發(fā)射接口與阿麗亞娜、天頂、質(zhì)子和宇宙神火箭兼容。
衛(wèi)星天線由美國(guó)哈里斯公司制造,哈里斯公司擁有超過30年的空間天線設(shè)計(jì)和建造經(jīng)驗(yàn)。衛(wèi)星天線直接向地球發(fā)射95個(gè)KA波段光束,使3顆INMARSAT-5衛(wèi)星組成的星座提供覆蓋全球的高容量,該天線可以控制光束,適應(yīng)未來(lái)15年不斷變化或增加的用戶需求。
2011年8月1日,INMARSAT子公司INMARSAT SA公司和國(guó)際發(fā)射服務(wù)公司(ILS)簽訂合同,發(fā)射3顆INMARSAT- 5衛(wèi)星。預(yù)計(jì)2013年發(fā)射第一顆衛(wèi)星,2014年完成INMARSAT-5的全球覆蓋。將使用質(zhì)子號(hào)運(yùn)載火箭從哈薩克斯坦的科努爾發(fā)射基地發(fā)射。質(zhì)子號(hào)是俄羅斯運(yùn)載能力最強(qiáng)、最成熟的商用重型發(fā)射火箭,由赫魯尼切夫科研生產(chǎn)航天中心建造。質(zhì)子號(hào)火箭自1965年首飛,已成功完成370余次發(fā)射任務(wù)。
海事衛(wèi)星系統(tǒng)一直使用L波段。自海事衛(wèi)星組織成立以來(lái),從INMARSAT-1至INMARSAT-4,每代衛(wèi)星都使用L波段。L波段又被稱為黃金頻段,特別適用于衛(wèi)星移動(dòng)通信。海事衛(wèi)星系統(tǒng)全球使用L波段中的1626.5-1660.5MHz(上行)、1525-1559(下行),共34M帶寬。L波段之所以被稱為黃金頻段,在于L波段具有以下優(yōu)點(diǎn):
表-1 微波波段劃分
圖2
1.天線波束寬,終端可以迅速尋星和對(duì)星,便于非專業(yè)用戶使用。特別是便于機(jī)載、車載、船載終端使用。
2.L波段傳播損耗小、雨衰小。
KA頻段的特點(diǎn):KA波段與L波段一樣,也是電磁頻譜(詳情請(qǐng)參見圖2、表1)的一部分。KA名字的由來(lái),為K-ABOVE(K的正上方),表示高于K頻段的波段。KA頻段上行頻率27.5-31GHz,下行頻率17.7-21.2GHz,帶寬為3500MHz。KA波段也稱為20/30G頻段,而L波段在1-2GHz。與L波段相比,KA波段明顯的優(yōu)點(diǎn)就是帶寬寬。
如圖2所示,在衛(wèi)星通信中常用的L、S、C、X、KU、KA波段中,波段越高,帶寬越寬。KA波段具有明顯的優(yōu)點(diǎn):
1.可用帶寬寬。KA波段帶寬為3500MHz,是KU波段500M帶寬的7倍。比L波段更是高了很多。
2.移動(dòng)帶寬寬。在3500M帶寬中,用于移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)(Mobile Satellite Servece)有500M帶寬。
3.現(xiàn)在運(yùn)行的KA波段衛(wèi)星較少,同頻段衛(wèi)星間的干擾較少,頻譜環(huán)境比較干凈。
4.每比特價(jià)格更便宜。
采用KA波段是大勢(shì)所趨。目前的INMARSAT-4系統(tǒng)衛(wèi)星使用L波段衛(wèi)星,INMARSAT-5衛(wèi)星與以往不同,特別引人注目地采用KA頻段,應(yīng)該說是大勢(shì)所趨。 隨著衛(wèi)星通信的發(fā)展,C頻段、KU頻段的資源越來(lái)越緊張。衛(wèi)星通信業(yè)界一直致力于拓展使用更高的頻段-KA頻段,以解決帶寬問題,美歐日等西方國(guó)家對(duì)KA衛(wèi)星早研究,早試驗(yàn),更在近年投入實(shí)用和民用。近兩年,很多國(guó)家開始使用KA頻段衛(wèi)星。例如,2005年4月26日,美國(guó)發(fā)射全KA波段衛(wèi)星Spaceway-1(美國(guó)波音衛(wèi)星系統(tǒng)公司制造,選用702HP平臺(tái)),用于直播衛(wèi)星電視運(yùn)營(yíng)商Direc TV公司為美國(guó)國(guó)內(nèi)提供高清電視直播和寬帶服務(wù)。2010年12月27日,歐洲首顆全KA波段衛(wèi)星-歐洲衛(wèi)星公司的Eutelsat Ka àSat 9A(歐洲衛(wèi)星制造商EADS Astrium公司制造,采用歐洲之星E3000衛(wèi)星平臺(tái))發(fā)射升空,隨后投入衛(wèi)星寬帶服務(wù)。據(jù)估計(jì),至2020年,在衛(wèi)星通信中,KA波段的有效載荷將占18%。L波段帶寬窄,只分配給海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)34M的有限帶寬,在這有限的帶寬內(nèi)難有做為。INMARSAT欲繼續(xù)取得輝煌成就,必須順勢(shì)而為,采用帶寬寬的KA波段。INMARSAT-5將是第一個(gè)使用KA波段的商用全球網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
1)通信帶寬寬
使用KA波段,帶寬大大增加,可提供寬帶服務(wù),更好的支撐全球無(wú)線寬帶服務(wù)(INMARSAT Global Xpress)。
2)終端體積小,重量輕
下一代衛(wèi)星采用點(diǎn)波束,使用KA波段,可使終端衛(wèi)星天線口徑小至20CM(IPAD大小),隨之帶來(lái)的直接優(yōu)點(diǎn)就是終端設(shè)備重量輕,體積小。據(jù)INMARSAT官網(wǎng)宣布,INMARSAT-5的終端在60CM左右,便于新聞?dòng)浾唠S身攜帶。
3)超高的通信速率
據(jù)INMARSAT官網(wǎng)消息,INMARSAT將為移動(dòng)終端提供最高為50Mbps的下行速率,提供最高為5Mps的上行速率。廣泛傳言未經(jīng)官方確認(rèn)的消息是:50MB/S服務(wù)于船只或者飛機(jī),10MB/S服務(wù)IPAD(20CM)大小的天線。屆時(shí),INMARSAT-5的吞吐率將達(dá)100Gbps。50M的下行速率,大大高于現(xiàn)在運(yùn)行的INMARSAT-4支持的最高492K的速率。
按計(jì)劃,INMARSAT-5將于2014年底2015年初投入商業(yè)營(yíng)運(yùn)?,F(xiàn)在我們密切關(guān)注INMASAT-5的發(fā)展,了解它的特性,站在技術(shù)發(fā)展的前沿,做好技術(shù)調(diào)研和規(guī)劃,以便屆時(shí)能及時(shí)投入使用,服務(wù)新聞報(bào)道。