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        海事衛(wèi)星五代星FX業(yè)務對KA和L波段的復用

        2018-10-16 02:59:26杜靜波柳曉月
        環(huán)球市場信息導報 2018年29期
        關鍵詞:設備

        杜靜波 柳曉月

        針對商船、航空和特殊領域用戶對于衛(wèi)星寬帶業(yè)務的需求,Inniarsat推出了海事衛(wèi)星五代星業(yè)務。同時為了在海上業(yè)務領域實現(xiàn)全天候的無縫衛(wèi)星通信,結合五代星Ka波段和四代星L波段的優(yōu)勢,通過對終端的整合,推出海上FX業(yè)務。本文從波段特點以及終端復用技術方面系統(tǒng)介紹了FX業(yè)務的空間資源和終端使用的整體方案。

        海事衛(wèi)星業(yè)務的衛(wèi)星網(wǎng)絡運營者國際移動衛(wèi)星公司(以下簡稱Inmarsat)成立于1979年,總部位于倫敦。她的前身是國際海上衛(wèi)星組織,由國際海事組織(IMO)創(chuàng)建,主要職責是為國際航線的商船提供衛(wèi)星通信服務,以便于進行海上人命安全的監(jiān)管和救援。海事衛(wèi)星業(yè)務通過地球同步軌道衛(wèi)星構建幾乎覆蓋地球表面的通信網(wǎng)絡,是全球唯一一個提供全球無縫衛(wèi)星通信的衛(wèi)星系統(tǒng)。隨著新的衛(wèi)星業(yè)務的不斷推出,以及行業(yè)和多個領域對于衛(wèi)星服務通信的需求的擴展,海事衛(wèi)星的用戶逐漸從海上擴展到航空和陸地多個領域。到1998年,擁有該組織會籍的成員國達到89個。1999年,國際海上衛(wèi)星組織進行了商業(yè)化改造,并在不同領域推進新的衛(wèi)星業(yè)務。

        海事衛(wèi)星業(yè)務經(jīng)過幾代衛(wèi)星業(yè)務的升級改造,目前市場主要使用的海事衛(wèi)星三代星、四代星業(yè)務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)、語音、傳真和數(shù)據(jù)等業(yè)務。海事衛(wèi)星三代星和四代星業(yè)務終端主要工作于L波段。

        隨著VSAT衛(wèi)星業(yè)務的蓬勃發(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接受和歡迎,海事衛(wèi)星業(yè)務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)務需求的快速增長,令Ka波段成為全球寬帶多媒體雙向業(yè)務的首選頻段。為了應對其他衛(wèi)星寬帶業(yè)務的挑戰(zhàn),Inmarsat于2016年推出了基于Ka波段的第五代衛(wèi)星業(yè)務,并發(fā)揮原有L波段的優(yōu)勢,對五代星業(yè)務和四代星業(yè)務的終端進行整合復用,在海上推出四代星業(yè)務和五代星業(yè)務的一體化產(chǎn)品FX,以實現(xiàn)對全天候衛(wèi)星通信服務的支持。

        一、海事衛(wèi)星L波段衛(wèi)星業(yè)務及其終端

        1、衛(wèi)星L波段簡述

        根據(jù)IEEE 621-2002標準,L波段是指頻率在1-2 GHz的無線電波波段,波長范圍在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,對衛(wèi)星通信使用十分有利,尤其是在天氣狀態(tài)相對惡劣的海上優(yōu)勢更加凸顯。但同時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)務應用局限于常規(guī)的話音和低速數(shù)據(jù),相對與目前大眾對于數(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

        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)星第一代移動衛(wèi)星寬帶系統(tǒng),在系統(tǒng)設計上突破了以往基于電路交換的技術體制,實現(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)星點波束技術,每一顆衛(wèi)星上有1個全球波束、19個寬點波束、228個窄點波束。Inmarsat在四代星衛(wèi)星業(yè)務中創(chuàng)新性的實現(xiàn)了星體通信資源的整合調(diào)配技術,可滿足衛(wèi)星轉發(fā)器資源對熱點區(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,此項技術的推出,在汶川地震、海地地震、日本海嘯等事件中得到了良好的應用。這使得工作于L波段的第四代海事衛(wèi)星業(yè)務成為目前使用最穩(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)星終端設備的更新?lián)Q代,海上FleetBroadBand500系列終端成為目前市場上使用最廣泛的四代星終端。終端本身提供4kbps的電路語音交換,最高共享帶寬432kbps和最高專享帶寬256kbps的數(shù)據(jù)服務。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)務及其終端

        1、衛(wèi)星Ka波段簡述

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

        2、海事衛(wèi)星五代星業(yè)務

        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,是全球第一個與4G接軌的移動衛(wèi)星系統(tǒng)。五代星業(yè)務共有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)星有點波速89個,衛(wèi)星載荷增加了6-8個可移動高容量點波束,滿足全球突發(fā)事件和熱點地區(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語音(需使用指定話機)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。Inmarsat其他應用領域如航空和陸用終端的五代星設備可以單獨使用,但是海上的業(yè)務強制使用GX和FleetBroadBand終端捆綁的模式。

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

        三、終端介紹及終端復用

        五代星Ka波段終端和四代星L波段終端通過船端的網(wǎng)絡服務設備NSD/INSD進行連接,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)的自有品牌的設備,五代星分銷商也可自行開發(fā)基于INSD內(nèi)核的自有設備。

        五代星Ka波段終端是FX的主用設備,在終端故障或者雨衰較大時,NSD設備會自動把通信切換到FleetBroadBand上。并且在船上網(wǎng)絡切換過程中,船上網(wǎng)絡的IP地址和路由都不會發(fā)生變化,船上的所有數(shù)據(jù)應用不受任何影響。

        NSD設備位于船端的DVB機柜內(nèi),當衛(wèi)星鏈路處于良好的環(huán)境條件時,終端可以工作在低電平和低調(diào)制的狀態(tài),但是當存在雨衰時,通信的信號值就會降低,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)絡響應時間,終端返回的發(fā)射頻率,輸出功率等數(shù)值進行四相相移鍵控信號OPSK(Quadrature PhaseShift Keying)計算,根據(jù)正交調(diào)幅OAM(Quadrature Amplitude Modulation)原理,進行信號損耗評估,從而確定選擇使用哪個終端。

        Inmarsat海事衛(wèi)星海上FX利用先進的信號調(diào)制和自動切換技術,對五代星Ka波段高寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務與四代星L波段高可靠數(shù)據(jù)業(yè)務進行整合復用,為船舶提供了具有高頻率、高帶寬、高可靠性、高移動性的新一代衛(wèi)星寬帶通信服務,為船上海圖的實時更新、視頻傳輸、其他大數(shù)據(jù)的交互和更多的船員應用提供了通信條件,也將促進船岸信息化的進一步發(fā)展。

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