海事卫星五代星FX业务对KA和L波段的复用

 　海事卫星业务的卫星网络运营者国际移动卫星公司（以下简称Inmarsat）成立于1979年，总部位于伦敦。她的前身是国际海上卫星组织，由国际海事组织（IMO）创建，主要职责是为国际航线的商船提供卫星通信服务，以便于进行海上人命安全的监管和救援。海事卫星业务通过地球同步轨道卫星构建几乎覆盖地球表面的通信网络，是全球唯一一个提供全球无缝卫星通信的卫星系统。随着新的卫星业务的不断推出，以及行业和多个领域对于卫星服务通信的需求的扩展，海事卫星的用户逐渐从海上扩展到航空和陆地多个领域。到1998年，拥有该组织会籍的成员国达到89个。1999年，国际海上卫星组织进行了商业化改造，并在不同领域推进新的卫星业务。 
　　海事卫星业务经过几代卫星业务的升级改造，目前市场主要使用的海事卫星三代星、四代星业务的常见的终端类型有Inmarsat-C，fleet77、BGAN等，可以提供包交换数据、语音、传真和数据等业务。海事卫星三代星和四代星业务终端主要工作于L波段。 
　　随着VSAT卫星业务的蓬勃发展，终端的小型化，便捷化，尤其是固定带宽的包月数据使用模式越来越被市场接受和欢迎，海事卫星业务也面临着前所未有的挑战。尤其是随着卫星宽带多媒体业务需求的快速增长，令Ka波段成为全球宽带多媒体双向业务的首选频段。为了应对其他卫星宽带业务的挑战，Inmarsat于2016年推出了基于Ka波段的第五代卫星�I务，并发挥原有L波段的优势，对五代星业务和四代星业务的终端进行整合复用，在海上推出四代星业务和五代星业务的一体化产品FX，以实现对全天候卫星通信服务的支持。 
　　一、海事卫星L波段卫星业务及其终端 
　　1、卫星L波段简述 
　　根据IEEE 621-2002标准，L波段是指频率在1-2 GHz的无线电波波段，波长范围在300.00-150.00mm之间。L波段可被用于数字广播通信DAB、卫星导航系统等。海事卫星使用1525.0-1646.5MHz频段。L波段的传播损耗和雨衰都非常小，对卫星通信使用十分有利，尤其是在天气状态相对恶劣的海上优势更加凸显。但同时L波段卫星通信的频率资源和轨位资源极为紧缺，存在资源有限、可用带宽窄、传输容量小等缺陷，业务应用局限于常规的话音和低速数据，相对与目前大众对于数据通信带宽的需求而言，限制了用户的使用空间。 
　　2、海事卫星四代星业务 
　　Inmarsat第一颗四代星卫星发射于2006年，3颗卫星覆盖全球（两极地区除外）。作为海事卫星第一代移动卫星宽带系统，在系统设计上突破了以往基于电路交换的技术体制，实现了IP数据交换功能。卫星和船站间的上、下行线路则采用L波段，单个信道可提供492kbit/s的数据传输速率。Inmarsat四代星采用卫星点波束技术，每一颗卫星上有1个全球波束、19个宽点波束、228个窄点波束。Inmarsat在四代星卫星业务中创新性的实现了星体通信资源的整合调配技术，可满足卫星转发器资源对热点区域临日引周用，以支持地面终端使用数量剧增的通信需求，此项技术的推出，在汶川地震、海地地震、日本海啸等事件中得到了良好的应用。这使得工作于L波段的第四代海事卫星业务成为目前使用最稳定的卫星通信系统。 
　　3、海事卫星四代星终端 
　　随着海事卫星终端设备的更新换代，海上FleetBroadBand500系列终端成为目前市场上使用最广泛的四代星终端。终端本身提供4kbps的电路语音交换，最高共享带宽432kbps和最高专享带宽256kbps的数据服务。由于FleetBroadBand500天线大，发射功率高，使用更稳定，因此成为FX业务L波段的首选配用终端。 
　　二、海事卫星Ka波段卫星业务及其终端 
　　1、卫星Ka波段简述 
　　根据IEEE标准，Ka波段的频率范围为26.5-40GHz。波长在11.11mm-7.50mm之间，具有可用带宽较宽、传输容量大、所受干扰少、终端设备体积小等特点，特别适用于高速卫星通信、千兆比特级宽带数字传输和VSAT等领域。Ka频段高通卫星使用多色频率复用的密集点波束，其EIRP可达60dBW或更高，可使用更小的天线和功放，实现更低的通信成本。但是由于Ka频段的波长接近于雨滴直径，容易受降雨衰耗影响，降雨衰耗最为严重，且对器件和工艺的设计要求也较高。 
　　2、海事卫星五代星业务 
　　Inmarsat于2013年发射第一颗五代星Ka卫星，其传输能力相较四代星有跨越式发展，带宽和容量提升近百倍，速率提升数十倍，是全球第一个与4G接轨的移动卫星系统。五代星业务共有3颗卫星覆盖全球，2017年Inmarsat已发射第四颗卫星作为备用和提供额外容量。单颗卫星有点波速89个，卫星载荷增加了6-8个可移动高容量点波束，满足全球突发事件和热点地区通信的需求。 
　　3、海事卫星五代星终端 
　　五代星终端采用集成化的室内单元，室内设备与室外天线仅通过一条同轴电缆连接，终端根据天线反射面口径直径分为60cm和100cm系列。可提供IP语音（需使用指定话机）和MIR最大可用带宽以及CIR最小保证带宽两类数据业务。Inmarsat其他应用领域如航空和陆用终端的五代星设备可以单独使用，但是海上的业务强制使用GX和FleetBroadBand终端捆绑的模式。 
　　此时的FleetBroadBand设备与单独使用时有所不同，要使用FX专用的SIM卡，而且只提供一路电路交换语音备份服务（未来可能会增加），也不支持保障带宽的CIR服务。也就是说，FleetBroadBand设备作为GX终端的备份设备提供尽可能的备份通信，同时FB无论产生多少数据流量，都不再需要支付独立的数据通信费用。 
　　三、终端介绍及终端复用 
　　五代星Ka波段终端和四代星L波段终端通过船端的网络服务设备NSD/INSD进行连接，NSD/lNSD使用Direct核心模块，目前主要有两种类型，一种是思科2911路由器，一种是软交换INSD。INSD是Inmarsat所开发的自有品牌的设备，五代星分销商也可自行开发基于INSD内核的自有设备。 
　　五代星Ka波段终端是FX的主用设备，在终端故障或者雨衰较大时，NSD设备会自动把通信切换到FleetBroadBand上。并且在船上网络切换过程中，船上网络的IP地址和路由都不会发生变化，船上的所有数据应用不受任何影响。 
　　NSD设备位于船端的DVB机柜内，当卫星链路处于良好的环境条件时，终端可以工作在低电平和低调制的状态，但是当存在雨衰时，通信的信号值就会降低，终端就需要增加发射功率来保持通信畅通。Direct上行链路控制器根据网络响应时间，终端返回的发射频率，输出功率等数值进行四相相移键控信号OPSK（Quadrature PhaseShift Keying）计算，根据正交调幅OAM（Quadrature Amplitude Modulation）原理，进行信号损耗评估，从而确定选择使用哪个终端。 
　　Inmarsat海事卫星海上FX利用先进的信号调制和自动切换技术，对五代星Ka波段高宽带数据业务与四代星L波段高可靠数据业务进行整合复用，为船舶提供了具有高频率、高带宽、高可靠性、高移动性的新一代卫星宽带通信服务，为船上海图的实时更新、视频传输、其他大数据的交互和更多的船员应用提供了通信条件，也将促进船岸信息化的进一步发展。