· 文 | 中國交通通信信息中心 朱小剛 李琛 陳銳

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

· 文 | 中國交通通信信息中心 朱小剛 李琛 陳銳

近年來，衛(wèi)星移動通信業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，伴隨著傳統(tǒng)衛(wèi)星頻率資源越來越緊張，面對日益增長的用戶需求，衛(wèi)星移動運營商也都在積極地對其網(wǎng)絡(luò)進行新的部署，拓展使用更高的Ka頻段以解決帶寬和容量問題。

一、衛(wèi)星移動通信發(fā)展趨勢

目前，全球衛(wèi)星移動通信服務(wù)網(wǎng)絡(luò)運營商主要包括國際移動衛(wèi)星公司（Inmarsat）、銥星公司（Iridium）、瑟拉亞公司（Thuraya）、全球星公司（Globalstar）、美國軌道通信公司（Orbcomm）等，其中前3家運營商通信服務(wù)收入占整個產(chǎn)業(yè)的90%。隨著衛(wèi)星移動通信產(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)的過渡，衛(wèi)星移動通信領(lǐng)域技術(shù)呈現(xiàn)出以下幾個方面趨勢：

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

2）多點波束技術(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。使用多點波束技術(shù)實現(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。2005年發(fā)射的國際移動衛(wèi)星-4 （Inmarsat-4）星載天線口徑為12m，可產(chǎn)生213個波束，等效全向輻射功率（EIRP）值為67dBW；2010年底發(fā)射的美國天地-1（SkyTerra -1）衛(wèi)星的天線口徑已達到22m，EIRP值提升到79dBW。

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

二、海事衛(wèi)星第五代星網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點

Inmarsat經(jīng)過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)用戶提供全球移動衛(wèi)星通信服務(wù)的運營商和海上遇險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，人們對于高帶寬、大容量的通信需求越來越明顯，海事衛(wèi)星第五代衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)運而生。第五代衛(wèi)星被稱作“全球快訊”（Global Xpress），采用全IP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Ka固定波束（最多可支持72個點波束同時工作），提供72×40MHz信道帶寬，每顆衛(wèi)星支持6個高容量可移動波束。

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

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)星帶寬達到5GHz，并且采用多點波束和頻率復(fù)用技術(shù)，上下行傳輸速率分別達到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)組成雙模混合型網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合Ka頻段高速率和L頻段抗雨衰的特性，為用戶提供無縫服務(wù)。

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

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IP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、高移動性、高穩(wěn)定性、全球覆蓋等特性，可以為用戶提供高速移動寬帶業(yè)務(wù)。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的來臨，信息通信技術(shù)促進了傳統(tǒng)行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)的深度融合，移動衛(wèi)星以其具有的通信距離遠、覆蓋范圍廣、不受地面條件的約束、建站成本與通信距離無關(guān)、組網(wǎng)靈活機動、能多址連接且通信容量較大、通信質(zhì)量可靠和機動性能好等優(yōu)點，將極大豐富“互聯(lián)網(wǎng)+”的內(nèi)涵和外延能力，對邊遠地區(qū)開發(fā)，對我國推進“一帶一路”、海洋戰(zhàn)略發(fā)展起到強力支撐作用，未來的應(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，習近平總書記提出“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、全天候的特性可以響應(yīng)“一帶一路”戰(zhàn)略對衛(wèi)星移動通信領(lǐng)域的需求。

中國“一帶一路”戰(zhàn)略圈對衛(wèi)星通信資源的需求迅速擴大，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?，在海上、航空、礦山、電力以及國家各應(yīng)急通信領(lǐng)域、科考探險、個人應(yīng)用等市場領(lǐng)域都會表現(xiàn)出快速的增長趨勢。

Inmarsat第五代衛(wèi)星系統(tǒng)在國家“一帶一路”戰(zhàn)略應(yīng)用中有以下幾個優(yōu)勢：一是面對“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)星可以實現(xiàn)無縫覆蓋，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“一帶一路”對大數(shù)據(jù)傳輸、商務(wù)和娛樂井噴式的需求。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余個國家接受，依托Inmarsat第五代衛(wèi)星體系，可實現(xiàn)“一帶一路”通信信號的全面覆蓋，提供高速、高容量和可靠、經(jīng)濟的寬帶衛(wèi)星通信，從而在通信領(lǐng)域為發(fā)展“一帶一路”國家戰(zhàn)略鋪平道路。

2.第五代衛(wèi)星在國家海洋戰(zhàn)略中的應(yīng)用

海洋發(fā)展戰(zhàn)略的推行和發(fā)展，遠洋航行已是世界海洋交通的新趨勢。遠洋航行是一項高風險性的產(chǎn)業(yè)，具有涉外性、專業(yè)性、獨立性，航行范圍廣、流動性大、危險系數(shù)高等特性。另外，世界重要水道越來越擁擠，海洋事故時有發(fā)生，給遠航安全和海洋生態(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)是唯一符合國際海事組織（IMO）“國際海上人命安全公約”（SOLAS）要求的海上遇險安全通信系統(tǒng)，Inmarsat第五代衛(wèi)星為全球遠洋航行提供重要保障，是海上遇險搜救的“生命線”。

隨著國家建設(shè)海洋強國戰(zhàn)略的推進，海上電子商務(wù)、移動聯(lián)網(wǎng)、船舶物聯(lián)網(wǎng)信息回傳等應(yīng)用將越來越普及，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、無縫切換、全球覆蓋等方面有著明顯的優(yōu)勢，在各類航運船舶應(yīng)用及海洋執(zhí)法方面具有很強的競爭力。

應(yīng)用Inmarsat第五代衛(wèi)星系統(tǒng)，可以方便地在船上開展遠程監(jiān)控、視頻會議、遠程維修、遠程醫(yī)療等工作。同時船員可以使用IP電話與家人通話、享受網(wǎng)上沖浪。對海上隨時可能出現(xiàn)的各類事故，系統(tǒng)可將船上的實時畫面?zhèn)鬏斨陵懙?，第一時間形成海陸一體聯(lián)動機制，妥善處理各類突發(fā)事件，提高遠洋航運的安全性。

安裝在船舶上的主機監(jiān)控系統(tǒng)可以實時獲取船舶數(shù)據(jù)，通過衛(wèi)星傳輸，陸地辦公人員可以直接獲得船舶主機運行情況、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營決策，提高運營效率和效益。

3.第五代衛(wèi)星助力邊遠地區(qū)開發(fā)

我國地域遼闊，地形地貌復(fù)雜，地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展不平衡，邊遠地區(qū)信息通信嚴重滯后。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，已經(jīng)成為地面通信網(wǎng)絡(luò)的延伸和補充，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)對邊遠地區(qū)地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋成本大、利用率低的缺點，衛(wèi)星移動寬帶通信靈活便捷，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、視頻會議、VOIP IP電話等業(yè)務(wù)，在任何惡劣的環(huán)境下都能實現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)傳輸或為工作組搭建臨時辦公室式的可共享通信網(wǎng)絡(luò)。用戶可通過電信運營商網(wǎng)絡(luò)，以LAN/AD/PON局域網(wǎng)/管理域/無源光網(wǎng)絡(luò)等方式接入北京地面接收站（POP站），進行分組交換域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過電信運營商網(wǎng)絡(luò)接入，方式靈活，成本較低。對安全性和穩(wěn)定性要求較高的分組交換域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶，可通過電信運營商網(wǎng)絡(luò)IP專線接入POP站。

Inmarsat第五代衛(wèi)星系統(tǒng)具有機動性強、覆蓋范圍廣、可靠性強等特點，非常適合于石油天然氣勘探、地質(zhì)、遠程教育、新聞報道、林業(yè)等邊遠地區(qū)陸地用戶使用，而且使用領(lǐng)域還在不斷拓寬，推動邊遠地區(qū)經(jīng)濟增長。

四、結(jié)束語

衛(wèi)星移動通信技術(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。人們對高帶寬衛(wèi)星業(yè)務(wù)的需求持續(xù)增長，新一代的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)將在滿足各種用戶需求的過程中日益顯現(xiàn)出技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)濟上的優(yōu)勢。隨著國家戰(zhàn)略的深入進行、衛(wèi)星移動通信市場的不斷拓展及天地一體化的推進，Inmarsat衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)必將發(fā)揮出越來越重要的作用。