海事卫星系统（精选7篇）
海事卫星系统 篇1
摘要：在信息化发展的大背景下, 现代海事市场变得更加重视信息传输的速率、实时性及持久性。Inmarsat系统由船站、岸站、网络协调站和卫星等部分组成, 提供全球海事卫星通信服务, 给海事市场经营方式带来了很大变化。本文以Inmarsat海事卫星系统为切入点, 在阐述Inmarsat海事卫星系统的应用的基础上, 探讨了Inmarsat海事卫星系统的发展, 旨在说明Inmarsat海事卫星系统的重要性。
关键词：Inmarsat,海事卫星系统,应用与发展
Inmarsat是前国际海事卫星组织的简称, 1994年12月, 这个机构改名为国际移动卫星组织, 但是英文缩写不变。Inmarsat海事卫星系统的应用, 有利于改进海上遇险和人命安全通信、海上公众通信, 提高船舶效率。
一、Inmarsat海事卫星通信系统的应用
关于Inmarsat海事卫星通信系统的应用, 可以从lnmarsat海事卫星通信系统的构成、Inmarsat航空卫星通信系统的构成和Inmarsat海事卫星通信系统的特点, 其具体内容如下:
1.lnmarsat海事卫星通信系统的构成。海事卫星通信系统是利用通信卫星作为中继站的一种船舶无线电通信系统, 从lnmarsat海事卫星通信系统的构成上看, 该系统主要由同步轨道通信卫星、船载站 (SES) 、海岸地球站 (CES) 、网络协调控制站 (NCS) 和移动终端 (IM) 等系统构成。船载站与卫星之间以及数字信道均采用L频段;FM信道采用C频段;海岸地球站与卫星之间采用双重频段, 它既是卫星与地面系统的接口, 又是一个控制和接入中心。2.Inmarsat航空卫星通信系统的构成。Inmarsat航空卫星通信系统主要提供飞机与地球站之间的地对空通信业务。从Inmarsat航空卫星通信系统的构成上看, 该系统由卫星、航空地球站和机载站 (AEC) 三部分组成, 卫星与航空地球站之间采用C波段, 卫星与机载站之间采用L波段。航空地球站是卫星与地面公众通信网的接口, 机载站是设在飞机上的移动地球站。航空卫星通信系统与海上或地面移动卫星通信系统有较大差异。3.Inmarsat海事卫星通信系统的特点。Inmarsat海事卫星通信系统的最大优势在于安全可靠, 在系统设计时就充分考虑了冗余度、可靠性、可用度等方面因素。海事卫星通信系统的特点是它的移动性, 由于海事卫星系统使用的L波段固有的特性.宽的天线波束使得L波段终端可以迅速地寻找卫星和对准卫星。海事卫星系统使用的L波段仅为有限的34MHz带宽频率资源 (俗称黄金频段) , 为全世界几十万个通信终端提供服务, 它的瓶颈主要在于卫星带宽资源, 目前的用户主要是面向专业市场。
二、Inmarsat海事卫星系统的发展
Inmarsat在海上市场上的发展, 具有独一无二的优势, 目前已成为世界上唯一的为海、陆、空用户提供通信服务的国际组织。Inmarsat海事卫星通信系统在我国的应用始于上世纪70年代后期。从Inmarsat海事卫星系统的发展前景上看, 海事行业对卫星带宽的需求将来还会持续增长, 陆地对大带宽的需求也越来越明显, 海陆通信共同呼吁一个大带宽时代的来临。与此同时, 各种海事通信的组织逐渐增多海事规则也在重新制定增添了很多需求, 国际海事组织 (IMO) 根据联合国宪章要求2012年所有适于远航的船只都必须使用电子制图显示信息系统取代纸质制图。纸质制图虽然能够标明浮标的位置和海底的深度但海洋是动态的.每一份船上使用的纸质制图每6个星期都需要重新更换。电子制图系统可通过卫星随时下载更新现有制图。现在海事行业对卫星的需求正在以两位数的速度增长, 预期在以后几年间.这种增长速度还会继续保持。现在一个服务供应商每年的利润在2亿美元到6亿美元之间。而今后各公司发展的实际情况采取战略。此外, 早在20世纪80年代初我国便开始了建立太平洋和印度洋两个洋区的A/C标准海事卫星地球站 (岸站) 的准备工作。目前与发达国家相比, 我国商用卫星通信技术和设备还有较大差距, 要使Inmarsat海事卫星系统在我国发展, 应加强卫星通信技术和系统的自主研发能力, 谋求Inmarsat海事卫星系统更大的发展空间。
参考文献
[1]石世怡.关于Inmarsat海事卫星通信系统.广播电视信息.2009 (06)
[2]张更新, 谢智东, 谭哲.卫星通信的发展现状及产业发展综述.数字通信世界.2009 (06)
[3]李冬.第四代海事卫星陆用型终端应用中的技术问题与解决措施.中国无线电.2010 (03)
[4]陈放, 李建民, 张英俊.海事卫星船站数据传输信道选择的优化控制.中国航海.2008 (04)
[5]孔祥峰, 张锡海, 徐俊.基于Inmarsat-F的船舶远程监控指挥系统的研究.科技信息 (科学教研) .2008 (20)
海事卫星系统 篇2
一、海事卫星的特点及应用局限
海事卫星业务经过30余年发展, 是目前国际上应用最广泛、技术最先进, 并全面覆盖海、陆、空各个领域的综合性全球移动卫星通信系统。第四代海事卫星采用L频段, 抗干扰性强, 很早应用于民航客机上使用。但受带宽及资费限制, 使用体验随用户增加而变差。因此航空公司客票不包括宽带使用费, 乘客如有上网需要, 要额外付费。这种应用的局限, 给乘客上网造成了很大的麻烦。
二、乘客个人通信的技术实现
2.1系统总体架构
根据上述航空网络通信的局限性, 系统设计总体思路利用客机已配备的第四代海事卫星终端设备, 以相对较低的费用为乘客提供个人通信服务, 实现乘客个人终端访问互联网应用。系统主要由机载服务器、中心服务器组成。机载服务器主要实现乘客接入、信息交互、信息安全、流量统计等功能, 是乘客接入系统的主要接口。中心服务器主要提供乘客信息交互、分帐户通道等功能, 是信息服务平台的后台支撑。
2.2机载服务设计
1) 信息安全。机载服务器自身的安全运转是最基本的保障, 可以通过根据IP地址、端口、应用对用户访问设置防火墙或白名单, 不断更新安全管理程序, 加强对乘客网络访问的安全管理。由于海事卫星信道使用资费较高, 机载服务器限制乘客用户进行大数据流量的网络访问, 限制非受控应用的网络访问, 利用有限的信道资源为合法用户提供高质量的通信服务。2) 乘客认证。对合法用户 (航空乘客) 的通信使用认证, 不仅保证机载服务器的安全, 也保障了合法用户使用的利益。对合法用户提交的认证申请进行处理, 实现只有认证授权后的用户才能接入平台的功能。为了实现用户认证, 船端服务器对认证信息进行初步判断, 并通过与岸端的沟通实现认证。合法用户认证过程要做到方便快捷、易操作的特性, 同时保证认证的严谨度。3) 流量控制。机载服务器对用户的业务流量进行统计, 并以此为依据进行分帐户的认证。并可对用户流量进行数据分析, 根据分析结果调整系统配置和策略, 提高对用户的服务质量。此过程对服务器的智能化提出了较高的要求, 通过对机载服务器的高效利用, 保障用户通信使用质量。4) 远程维护。中心服务器提供支持系统运维的远程维护能力, 可以通过远程访问进行系统软件的更新、参数和软件下载、数据同步等功能。在客机着陆后, 利用机载服务器的远程维护可以与岸端建立通信联系, 完成系统的维护。高智能的远程维护减少了运营成本的同时, 提高了维护效率。
2.3中心服务设计
1) 流量统计。中心服务器中的流量统计模块, 能够实时统计用户上网过程中产生的数据流量, 形成原始流量统计清单, 根据计费规则实时统计用户上网费用。对流量统计的设计要做到运行准确, 不影响乘客网络使用质量。
2) 用户行为分析。岸端服务器提供支持对用户的系统使用行为进行分析的功能, 系统管理人员可以提取用户账户中的相关信息, 统计分析用户的操作使用行为, 以便能够掌握用户的使用情况及消费状况, 更好地设置或调整运营策略。
三、海事卫星民航通信应用前景
机载卫星宽带系统在技术上虽较有难度, 但真正实现起来, 这些技术并非决定性的因素。海事卫星通信不仅支持机组人员的日常工作, 并可节省在机内布设通信线缆的费用。机载卫星多媒体通信将开创卫星通信应用的新发展空间领域同时, 也为地面固网运营商提高用户业务使用量、开创业务创新和服务创新。随着该领域发展的逐步成熟, 技术与商业模式上的日益完善, 其发展速度也会得到进一步的加快。
结束语:近几年来航空通信的需求越发旺盛, 无论是基于驾驶舱的安全通信, 还是客舱的商务通信, 海事卫星都将成为重要的通信手段。海事卫星航空宽带系统平台的设计, 为民航乘客个人通信带来解决方案, 依托海事卫星高安全性和高效率适应航空通信特点, 为航空运输业安全, 生产, 管理带来更大便利和更高效益的同时, 也使公众通信服务延伸到了空中这一最后的角落。
摘要：目前民航飞机卫星通信主要应用于驾驶舱通信。随着卫星宽带通信推广应用, 以及个人移动终端公众通信服务应用需求的进一步猛增, 客舱卫星通信需求将出现大幅增长。本文提供适用于民航乘客的个人通信接入方式和运营收费手段, 使乘客能够简单、便捷的使用机载海事卫星卫星通信设备。
关键词：第四代海事卫星,民航,个人通信
参考文献
[1]王志明, 曾孝平, 黄杰, 刘学.民用航空通信技术现状与发展[J].电讯技术, 2013, 11:1537-1544.
[2]殷林.海事卫星宽带技术航空应用探析[J].数字通信世界, 2011, 09:66-69.
海事卫星系统 篇3
关键词：海事卫星通信,组成结构,宽带
1引言
卫星通信发展方兴未艾, 从上世纪80年代至今, 海事卫星通信技术发展迅猛, 并一直走在卫星通信技术前列。当今, 数据通信的需求呈爆发势增长, 传统的海事电话、电传、传真、低速数据等业务已经不能满足各相关领域的通信需求, 逐步将会退出历时舞台。IP电话、多媒体通信、宽带数据通信, 已经成为卫星通信发展的必然方向, 并将逐步成为海洋运输、石油开采、野外科考、直播报道等领域的重要通信方式。
随着计算机、集成电路、无线通信技术的发展, 海事卫星通信系统也从第一、二代的模拟卫星通信系统迈向第三代数字卫星通信时代。在2005年至2007年间, 国际海事组织推出了第四代海事数字卫星宽带通信系统, 该系统自成体系, 其全球网络系统构架是全新的且独立于第三代系统的网络, 它将卫星通信系统与UMTS (Universal Mobile Tele com mu n icat ion s Syst e m) 系统进行了融合, 构建了卫星通信领域的3G体系架构, 使海事卫星通信从窄通信迈向了宽带通信。卫星地面站也从LES (Land Earth Station) 第三代地球站升级为SAS (Satellite Access Station) 第四代卫星接入地面站, 数量也由30余座减少到4座, SAS站的核心技术与系统结构也完全不同与LES, 它更接近于UMTS结构, 技术更加先进、系统更加稳定、扩容与升级空间更大。
2海事卫星宽带通信系统网络构成
第四代海事卫星宽带系统由用户终端、空间卫星、SAS站和陆地网络组成。空间段是由三颗欧洲EADS (European Aeronautic Defense and Space) 公司制造的卫星组成, 它们位于地球同步轨道, 分别是位于东经143度覆盖亚洲和西太平洋区域的亚太卫星, 位于东经25度覆盖欧洲、中东和非洲区域的欧非卫星, 位于西经98度覆盖美洲、大西洋和东太平洋区域的美洲卫星。三颗卫星基本覆盖了全球南、北纬78度之间的区域, 如图1所示。
海事宽带卫星终端用户通过第四代海事卫星接续到SAS站, 经注册认证后与陆地侧网络进行宽带业务通信。目前, 全球正在提供海事宽带业务服务的地面关口站共有4座, 其中位于荷兰的布鲁姆关口站负责欧非星的业务接续, 位于美国夏威夷的帕玛鲁关口站负责亚太星和美洲星的业务接续, 位于意大利的佛希罗关口站是第四代海事卫星业务实验站和布鲁姆关口站的备份站。位于中国北京的SAS站是全球第四个海事四代卫星关口站, 它与亚太星对接, 负责该星覆盖范围内中国地区海事宽带业务的接续工作。
陆地侧接续网络是实现全球通信的关键, 其核心骨干网的作用是将各个卫星关口站互相连接形成一个巨大的环形拓扑结构网络, 如图2所示。
该网络通过位于荷兰阿姆斯特丹、美国纽约、中国香港三个汇接中心将路由延伸到欧非、美洲和亚太, 三个网络汇接中心以及三个关口站之间采用155兆物理光纤骨干网络形成闭环, 提供海事卫星宽带终端的电路域和分组域的业务。
3 SAS站的结构与组成
S A S站是第四代海事卫星通信网络系统中的核心部分, 它的构成与UMTS系统架构近似, 主要由无线接入网RAN (Radio Access Net) 、核心网子系统CN (Core Net) 、数据通信网络子系统DCN (Date Communication Net) 等几部分组成还包括安全应用服务子系统、运行支撑子系统、业务支撑子系统等, 如图3所示。
SA S站是移动终端与陆地网络通信的关口, 承担着移动终端信道资源分配、终端管理与认证、无线链路的建立与释放、电路交换和包交换的管理、提供陆地侧网络的接口等诸多功能, 这些功能分别由相关的子系统负责完成, 各个子系统通过DCN共同协作完成整个通信过程。
3.1 RAN子系统
R A N由多个无线网络子系统R NS (R a d io Net Subsystem) 构成, R NS通过卫星连接用户设备U E (User Equipment) 并通过核心网关接入核心网CN, RNS主要完成卫星无线接入和无线资源管理。它由五个不同的硬件单元子系统构成, 分别是RAN主机 (RAN Host) 系统、天线射频系统RFS (Radio f r e q u e n c y S u b s y s t e m) 、信道单元设备子系统CUE (Channel Unit Equipment) 、核心网关CNGW (Core Net Gateway) 、全球资源管理系统GRM (Global resource management) , 如图4所示。
(1) 无线接入网主机 (RAN Host) 。RAN主机在RNS中起着核心作用, 协调控制RAN各个子系统工作, 承担卫星侧无线通信接续工作, 包括卫星信号接入处理、信道单元与频率资源的分配、终端身份认证等工作, 并提供连接陆地电话网、数据网的接口等。它是RAN系统中惟一的贮存装置, 存有系统软件、通信控制软件、信道单元硬件驱动程序和用户配置信息数据库等, 主要负责软硬件安装、配置和监控RNS设备, 通过信道单元控制、IP (Internet Protocol) 等协议进行RNS网络管理、接入层会话管理、CUE管理、无线资源管理、UE管理、处理主备RNS切换等。
(2) 全球资源管理 (GRM) 。GRM的主要功能是通过载荷控制系统在卫星侧建立有效的流量控制, 流量控制提供L波段和C波段之间的连接, 通过这些流量控制将通信资源如带宽、频率等分配至本地资源池中, 之后再由本地资源管理将带宽分配至用户设备。本地资源控制系统通过伺服服系统负载控制、频段计划系统、传输控制系统可以自动按系统设定方案调整和配置各种无线通信资源。当遇到特殊情况时, 如特定地区的资源不足, 可采用预先设定好的策略以自动或人工方式对该区域内的载波进行调整、扩容等工作。
(3) 射频系统 (RFS) 。RFS提供了SAS站与卫星之间无线通道, 射频系统采用直径16米的卡塞格伦天线作为信号的发送接收设备, 电波采用圆极化方式工作在C, L波段, 因为系统对功率要求较高, 故采用行波管高功率放大器。RFS系统主要由上下变频器、低噪声放大器、自动频率补偿、信标接收机、功率自动控制系统、天线跟踪控制器等设备组成。信号处理由射频接收、射频发射两部分组成, 接收链路完成接收信号的解调、滤波、放大等处理, 发射链路完成基带信号的调制、变频、功率放大等处理。
(4) 信道单元设备 (CUE) 。CUE是可以容纳通信载波的硬件, 它是一组信道板的集群, 可分为发送、接收信道单元, 每个信道单元可以处理96路物理接收载波或处理32路物理发送载波, 可根据实际并发的通信量来选择CUE设备的数量。该系统负责信道的编码和解码、承载控制、物理帧传输、C RC计算、帧时钟、收集状态和数据记录、控制射频的上下变频器、处理空中接口协议、信息广播、加密和解密、控制链路适配器、无线资源管理等。
(5) 核心网关 (CNGW) 。CNGW是RNS和C N之间的关口, 一方面它通过I P网络连接R NS中的服务器和信道单元, 另一方面通过IP与CN连接。CNGW在R NS和CN两者之间起到了重要的桥梁作用, 它完成了业务的分离与协议转换, 具体就是将来自RNS的电路交换数据和包交换数据业务封装为IP包, 在转发至CN的移动服务交换中心、网关移动交换中心、媒体网关等设备, 反之也如此。
3.2 CN子系统
海事宽带核心网络由UMTS网络单元组成, 与UMTS标准的第四版架构基本一致, 同样将控制面与承载面进行了分离。按业务又分为电路交换CS (Circuit Switch) 域和包交换PS (Packet Switch) 域, 其基本功能是承担系统内的话音、数据处理, 以及与外部网络的交换和路由分配。CN包含了所有的交换和路由单元, 这些单元负责与公共交换电话网PSTN (Public Switched Telephone Network) 及包交换I P网之间建立连接。C S域网络单元负责处理电路交换业务流如话音等, 主要包括了媒体网关MGW (Media Gateway) 、移动交换中心服务器MSC-Ser ver (Mobile Switch Center Server) 、移动交换中心MSC (Mobile Switch Center) 、拜访位置寄存器VLR (Visitor Location Register) 等设备。PS域网络单元负责处理包交换业务处理如上网、多媒体视频等, 主要包括了SGSN (Serving GPRS Supporting Node) 和GGSN (Gateway GPRS Supporting Node) 等设备。其他网络单元设备, 如归属位置寄存器HLR (Home Location Register) 还有鉴权中心AUC (Authentication Center) 等由这两个域共享, 如图5所示。
(1) 归属位置寄存器/鉴权中心 (HLR/AUC) 。H LR是一种用来储存本地用户信息的数据库。登记的内容分为两种:一种是永久性的参数, 如用户号码、移动设备号码、接入优先等级、预定的业务类型等;另一种是暂时性需要随时更新的参数, 即用户当前所处位置的有关参数、补充业务、鉴权参数等, 即使用户漫游到了HLR所服务的区域外, HLR也要登记由该区传送来的位置信息。
AUC的作用是可靠地识别用户的身份, 只允许有权用户接入网络并获得服务。由于要求AUC必须连续访问和更新系统用户记录, 因此AUC一般与HLR处于同一位置。
(2) 设备识别寄存器 (EIR) 。EIR是终端参数的数据库, 用于对移动终端设备的鉴别和监视, 并拒绝非法移动终端进入网络。EIR数据库由国际移动设备识别码表组成。
(3) 移动服务交换中心 (MSC) 与拜访位置寄存器 (VLR) 。MSC是海事宽带CS域的核心部件, 负责处理电路域控制平面信息, 完成呼叫处理和交换控制, 实现移动用户的寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制和计费管理等功能。MSC与其他网络部件协同工作, 实现移动用户位置登记、越区切换、自动漫游、用户鉴权和服务类型控制等功能。
V LR是存储用户位置信息的动态数据库, 当用户漫游进入某个MSC管辖区域时, 必须在MSC相关的VLR中进行登记, 并由VLR分配给该移动用户一个漫游号码。
(4) 网关移动交换中心 (GMSC) 。GMSC是宽带移动网CS域与外部网络之间的网关节点, 主要功能是充当海事宽带网络和陆地网之间的移动关口局, 完成固定用户呼叫移动用户时的路由分析、网间接续、网间结算等重要功能。
(5) 媒体网关服务器 (MGW) 。MGW是UMTS R4版本中新增的网络单元, 用于CS业务。它包括无线网接入网关和中继接入网关, 主要完成各种业务流的接入、传输和转换。实现了CS域控制平面和业务平面的分离。
(6) GPRS服务支持节点 (SGSN) 。SGSN作为核心网分组域设备的重要组成部分, 主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出计费等功能。
(7) GPRS网关支持节点 (GGSN) 。GGSN是GPRS网络与外网的分界线, 对外是一台因特网路由器。GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网与其他GGSN和SGSN相连。GGSN主要起到协议转换的作用, 可以把海事宽带网络中的GPRS分组数据包转化成适当的分组数据协议PDP (Packet Data Protocol) 格式并将其发送给相应的分组数据网络。
3.3 DCN子系统
数据通信网络 (DCN) 是海事宽带网络系统专用的综合数据通信网络, 其作为一个业务传送平台, 为整个网络的运行提供支撑和保障, DCN系统是由分布在各地的数据终端设备、数据传输链路、数据交换设备主要是路由器、交换机和防火墙等所构成的网络, 其功能是在网络协议的支持下, 实现数据终端间的数据传输和交换。DCN可分为多个工作区, 按照不同的功能划分为多个硬件区域, 它们分别是核心层区、管理层区、用户层区, 除此之外还包括多吉比特传输隔离区MGT-DMZ (MultiGigabit Tra nsceiver-Demilitarized Zone) 、客户端隔离区Client-DMZ-Gn/Gi接口以及其他接入区, 如图6所示。
(1) 核心层区BTDCN (Backbone Traffic DCN) 的路由器是整个D C N的对外出口, 通过该路由器经香港汇接中心连入Inmarsat骨干网, 同时还提供到各个国家的区域认证系统的接口以及I n t e r n e t出口。核心交换机负责整个系统的核心数据交互。
(2) 信令层区MTDCN (Management Traffic DCN) 由多个防火墙和交换机构成, 负责各系统间的信令和消息的交换与传输, 网管系统、域名服务器、认证服务器等都连接到该区域, 电路交换设备MGW, MSC, 包交换的SGSN, GGSN, RAN系统的控制部分也连到该区域。
(3) 用户层区UTDCN (User Traffic DCN) 也是由多个防火墙和交换机构成, 负责各系统间用户数据的交换与传输, 包交换设备GGSN、SGSN也连接到该区域, RAN的用户数据信息也连接到该区域。
DCN提供统一的网络管理平台, 使国际海事卫星的网络控制中心和本地网络控制系统都能管理DC N设备, 确保在不影响业务流的情况下实现系统平滑升级, 在本地的CS, PS的网络单元间及全球的SAS站间保证可靠的I P路由连接, 确保业务流能传送到全球的其他SAS站。
4结束语
第四代海事卫星接入地面站的系统组成架构清晰简洁, 通信的信令、业务、控制各层面独立增加了系统运行的可靠性。其核心网CN络结构大部分采用了UMTS系统的结构, 功能基本一致。RAN部分因为涉及到海事卫星专用空间接口, 所以这部分的功能结构采用的是海事系统特有的通信接口、协议、设备。DCN系统则是按系统的要求和特点而设计, 遍布整个通信系统, 是整个通信系统的神经网络。SAS接入系统成功构建了卫星高速数据通信的系统架构, 有效地满足了宽带通信的需求, 更为今后海事通信的发展及第5代卫星通信系统的建设奠定了基础。
参考文献
[1]广州杰赛通信规划设计院.WCDMA规划设计手册-2版.北京:人民邮电出版社, 2010.8
海事卫星宽带技术航空应用探析 篇4
自从海事卫星(Inmarsat)在1990年初提供第一个航空卫星通信系统以来.其航空通信业务一直在不断发展。目前,海事卫星航空通信系统为飞行在世界各地的飞机提供双向话音、传真、数据和互联网接入服务。如今,海事卫星新的全球宽带系统已经开始在空中提供接入服务,从过去只能以每秒几千比特的速率来进行话音与低速数据通信,发展到现在能够提供几百千比特到几兆比特的链路,各种新的业务与应用不断出现,乘客在飞机上实现电话通信和互联网接入已经不再是一个梦想。
二、海事卫星通信系统
国际海事卫星组织成立于1979年,海事卫星从第一代演进至如今的第四代,已成为世界上惟一能为海、陆、空三大领域提供全球、全时、全天候公众通信和遇险安全通信服务的机构。海事卫星航空通信系统主要由三部分组成:卫星、地面站和机载卫星通信终端。如图1所示。
第四代海事卫星采用三颗高轨道地球同步卫星,卫星与机载终端间使用L波段进行通信,发射频率为1525Hz～1559Hz,接收频率为1626.5Hz～1660.5Hz,该频段具有很强的抗雨雪衰减的能力,被称为通信的“黄金频段”。
地面站由抛物面天线、射频系统与信道终端设备、控制与信号处理设备等组成。地面站提供卫星网络与全球电信网、互联网之间的系统连接。地面站与卫星之间使用C波段4～6GHz频率进行通信。来自地面诸如空中交通管制中心、航空公司总部等机构的通信服务是经由地面站,通过现有公众电话网络和互联网接续至飞机。地面站是卫星和陆地网络通信的关键节点,负责处理机载航空终端的业务申请、交换,分配用户资源,容量等,提供语音、数据通信业务的建立。
航空宽带卫星终端接收和处理来自卫星的射频信号并将其发送,卫星终端与各种机载系统、外围通信设备或网络设备相连接,使用基于标准IP协议的宽带业务,建立起飞行中的通信系统,为驾驶舱和客舱提供语音、数据接入服务以及安全通信服务。
三、海事卫星宽带网络航空应用的技术特点
海事卫星航空宽带网络技术与3G技术相融合,可提供高速的数据服务,首次将陆地IP通信网、移动3G网中的丰富应用延伸到空中服务,并可根据航空领域不同需求,提供个性化的定制服务。
(1)海事卫星是惟一提供航空全球覆盖、双向电话、数据、传真、多媒体公众通信服务及遇险安全通信服务的移动卫星通信网络。
第四代海事卫星每颗卫星支持1个全球波束、19个区域宽点波束,193个窄点波束。每个窄点波束一般可容纳6～8个信道.最多25个信道。每个信道频宽200kHz,可支持492kb/s传输速率。单颗卫星信道总数可达630个,信道可按照实际需要实现在不同窄点波束下的动态调配,有效地保障了飞机上不同应用服务的通信需求。
(2)海事卫星数字IP通信技术的发展,使航空通信跨入了互联网时代,满足了人们基于网络的各种应用需求。
海事卫星宽带系统采用了分组交换技术,并引入公网3G标准,在适应移动卫星通信特点进行专用功能开发的同时,更注重符合RFC2865,RFC2866标准及WCDMA3GPP等3G标准。其地面站的设计借鉴了陆地移动3G通信网的标准,在核心网上分为电路交换域和分组交换域两部分。电路交换域支持传统的电路语音、ISDN等传统海事卫星业务,同时增加了短信业务;分组交换域支持提供标准IP业务和6个等级的流媒体IP业务。其中标准IP业务主要为典型TCP/IP应用设计,如网页浏览,电子邮件、FTP、即时通信等,此业务设计为共享卫星信道,通信闲时高速率,通信忙时低速率,并根据终端产生的IP流量收费,这就大幅度提高了对频率资源的利用率,有效地降低了通信成本。而流媒体IP业务主要应用在对带宽,延时有较高质量要求的情况下,比如视频传输、视频会议,大容量文件传输等UDP应用。此业务设计为独享卫星信道带宽,并可提供从卫星到陆地接续网络的全程QoS保证,从而确保用户通信带宽和质量。IP业务信道分配的示意图如图2所示。
(3)海事卫星宽带通信技术的发展,使空地链路具备了可以承载更大流量的能力,使得航空通信服务的内容得以极大丰富。
海事卫星宽带网络采用特有的TCP PEP加速技术,用于解决卫星网络环境中因长时延、高误码率和非对称信道带宽等因素所导致的TCP传输性能低下问题。通过TCP PEP可使上传速率提升70%,在某些格式的文件传输中甚至高达300%,针对小数据量、间断发送的数据传输效果明显,如电子邮件。此外,为满足在飞行途中对高速互联网接入的需求,还可在地面接续系统中部署软,硬件产品,通过压缩技术将传统IP数据包变小后进行传输,从而实现了提高传输速度的目的。这就意味着乘客在旅途中,可以在更短的时间内发送或接收更多的数据信息,保证其在最短的时间内完成数据通信的需求。
(4)海事卫星宽带网络的全IP化、与陆地互联网一致的全球统一的接口标准是海事卫星航空宽带终端满足不同国家、不同应用的关键。
通用移动通信系统(UMTS)是国际标准化组织制定的全球3G标准之一,是应用于陆地通信的3G网络协议,不能直接应用在海事卫星宽带网络中,需要对UMTS协议做一些调整。海事卫星航空宽带网络仍然采用3GPP移动通信技术标准网络结构,包括核心网(CN)、无线接入网(RNC)和用户终端(UE)三部分。在网络结构不变的同时,海事卫星航空宽带非接入层协议与UMTS也保持一致。只是在无线接入网和用户终端之间的Uu接口接入层协议,使用了海事卫星专用的IAI-2接口协议代替了原有的WCDMA协议,以更好地适应卫星链路的需要。核心网和无线接入网之间的lu接口保持不变。
四、海事卫星宽带技术在航空通信领域的应用解决方案
现代科技的进步使卫星通信终端的体积越来越小,使各种机型的飞机安装使用更加方便。从驾驶舱到客舱,从飞行员到乘客,航空领域使用海事卫星宽带通信服务有了更多选择。航空宽带卫星通信系统的应用主要有以下四个方面:
1. 安全通信应用
安全问题从来都是航空业中优先级最高的议题。2009年法航AF447航班空难和2010年4月冰岛火山灰事件,使得航空业内对航空安全通信数据链的高效传输需求更加迫切,而飞行数据的实时采集以及飞机上的卫星数据通信链系统变得至关重要。海事卫星传统航空业务(Aero-H/I/L/H+)是国际民航组织(ICAO)批准的全球惟一的基于卫星通信的航空安全通信系统。现阶段,国际海事卫星组织正在努力争取尽早在航空宽带上实现安全通信服务,并将提供更高的网络容量和使用效率。中期目标是加强飞机飞行时重要数据的实时传输能力,如飞机的运行状态、飞行任务的进展情况以及与航空器运行相关的重要信息的传输;长期目标则是在航空宽带上实现大数据量的传输.满足驾驶舱安全服务和客舱乘客通信与娱乐的多种应用,方便飞行管理和客舱人员的使用。
目前,海事卫星航空宽带机载终端使用高、中增益的天线类型,以满足跨洋飞行的要求。ARINC781卫星通信体系架构提供了机载设备升级的可能性。国际海事卫星组织也计划通过航空宽带的IP数据通信能力以支持未来航空导航系统(FANS)的使用。
2. 客舱公众应用
2005年初,美国波音公司和德国汉莎航空公司宣布联手推出了空中无线宽带上网服务,使乘客能在飞机上浏览互联网和收发电子邮件。空客公司在2005年9月20日宣布推出全球首个客舱“无线网络系统”,乘客可以像在地面上一样,自由地在飞机浏览网页、收发电子邮件、IP电话。面向乘客的机载移动通信和无线互联网通信等客舱内的无线网络系统,已成为航空公司的迫切需求。在乘客旅行过程中,向旅客提供高效率的机上娱乐设施客舱服务,已经变成航空公司运营不可或缺的一部分。
基于海事卫星宽带技术搭建的客舱无线网络系统,就是把各种无线应用方式都集成到飞机电子体系架构中的一种技术系统。它使乘客可以在飞机上打电话和上网,而不用顾及是否会干扰飞机的飞行。
3. GSM客舱应用
通过海事卫星网络接入,实现在飞机上GSM手机通信,可由下述方案实现:机载卫星通信系统控制面板由乘务人员监控;航空宽带终端包括天线、低噪放和机舱卫星数据单元:配置单元模块负责系统控制、与其他系统交联接口、数据库储存;机载GSM基站用于收发信号、控制手机发射功率;机上控制模块产生白噪声隔离手机与地面GSM基站的通信,确保手机接入机载GSM基站;天线耦合单元将机载基站和航空宽带终端的射频单元信号进行合路;用于互联的漏波天线贯穿客舱天花板上方,发射射频信号;无线接入点可为具有Wi-Fi功能的终端或智能手机提供无线通信连接。图5为机载GSM卫星通信系统解决方案示意图。
4. 航空公司飞行管理应用
从驾驶舱到客舱,从旅客到飞行员,海事卫星航空宽带通信系统可以提供一套完整的卫星通信应用解决方案。即将话音、数据、飞行数据、航空天气预报、以及更多的所有的管理内容都集成在一个包。其中包括:起飞前的申报和许可;机场各航站楼的数字信息服务;为飞行员提供航站楼气象信息:指定起飞和降落时间:位置报告;飞行计划;电子邮件,无线设备和互联网的短信服务。
五、结束语
应用于航空通信领域的海事卫星经历了连续20多年的良性发展,通信系统具有全球覆盖广、可靠性高、高带宽、移动性强,使用灵活方便等特点。海事卫星航空宽带的高安全性和高效率适应航空通信未来发展的方向。航空宽带使用单一、紧凑的卫星通信系统,适用于各种类型的飞机,在为航空运输业安全、生产、管理带来更大便利和更高效益的同时,也使公众通信服务延伸到了空中这一最后的角落。
摘要：本文介绍了海事卫星航空通信系统的组成,分析了海事卫星宽带网络系统的技术特点,探讨了海事卫星宽带技术在航空安全通信服务、客舱通信服务、GSM客舱服务、航空飞行管理等领域的技术应用,对海事卫星宽带技术在航空领域的发展前景进行了展望。
关键词：海事卫星,宽带技术,航空应用
参考文献
海事卫星系统 篇5
各个阶段的共同需求
BGAN是Inmarsat公司从2005年11月开始提供的一项通信服务, Inmarsat通过轻便小巧的终端设备, 向全球用户提供语音和数据连接的移动通信服务。使用BGAN服务, 用户最大可获得492kbit/s的宽带网络。“这和很多中国家庭使用的512kbit/s的有线宽带网速差不多, 上网、发邮件都非常迅速, 而且这种终端目前可最多供11个人同时接入使用。”Inmarsat陆地移动服务部业务发展经理Simon Curran先生表示。
Curran介绍, BGAN可广泛应用于从矿石勘探到闭矿的所有采矿阶段, 为采矿带来帮助。例如, 在勘探阶段, 作业人员需要被派到偏远地区绘制地图并进行测试, 需要与总部保持常规持续的联系。通过BGAN终端, 作业人员能在几分钟内建立一个宽带移动办公室, 接入网络使用电子邮件、互联网, 还可以拨打电话。这样, 无论作业人员在哪里, 都可以随时将测试数据、图片和视频发回总部, 方便专家们及时分析和指导, 以更快地找到矿床。
一旦发现了新矿产, 如果该地方没有地面网络和蜂窝网络的覆盖, 那么借助BGAN, 工作人员也可以通过BGAN迅速搭建简单的网络环境, 供初期的沟通使用。如果遇到紧急情况, 例如在偏远地区发生突然的机械故障或者医疗事件时, 通过BGAN终端, 工作人们就可以把高质量的现场视频传输给远在他乡的专家, 专家可以根据图像及时提供对处理意见。
适合恶劣天气
BGAN之所以有这么好的信号覆盖, 是因为BGAN所依赖的连接是Inmarsat-4卫星网络。Curran表示, Inmarsat一直致力于提供先进的商用卫星通信服务, 该公司最新的Inmarsat-4网络由11颗卫星组成, 可覆盖全世界除南极、北极以外的任何一个地区, 能力此前的比Inmarsat-3强大60倍。
BGAN这种形式的卫星服务也存在着显著优势。Curran介绍, 现在甚小口径终端 (VSAT) 也广泛使用, 不过直径往往长达1.8m, 占地面积大, 且需要专业人员安装, 使用起来并不方便。此外, VSAT在大雨或者严重的沙尘暴中可能会发生通信中断, 一些意外的事件如地震等有可能破坏VSAT设备, 需要工程师前往现场查看。而BGAN属于移动通信方式, 部署方便, 使用简单, 也不容易受到外界的干扰和破坏。
海事卫星系统 篇6
由于存在多普勒频移和本地载波误差, 接收机收到的信号会产生频率偏移, 使系统性能下降, 因此必须消除频偏误差。文中采用非数据辅助前馈式载波同步算法, 其优点是:1) 待估的频偏范围大, 可以达到±1/2 (35) T, (35) T是接收信号下变频后输出数字信号的抽样周期;2) 不需要已知发送信号的定时信息和数据信息;3) 载波频率同步时间快。
1 载频同步算法原理
非数据辅助前馈算法是通过与自身信号延迟相乘来实现的, 如图1所示。估计的数学公式[2]是:
其中, (35) T是设计参数。
假设接收的解调信号具有频率偏移, 输入信号s (t) 经低通滤波后, z (t) 的表达式是:
其中 (35) w是载频偏移, (35) θ是载波相位偏移, ai是发送的数据符号, τ是定时误差, n (t) 是滤波器带宽BLPF内的噪声, 功率谱密度是N0/2。
把式 (2) 带入式 (1) 求数学期望得出:
其中C2=E{|ai|2}, , R (α) 是噪声n (t) 的自相关函数。
由于B (t) 是T的周期函数, 所以y (t) 的表达式看成是周期的E{y (t) }和零均值的随机过程N (t) 。
为了非数据辅助前馈算法的数字实现, 需要数字下变频后输出的数字信号抽样速率是4/T, 得出:
当 (35) T=T/4时, 估计出频偏需要4l0个样本。项目中, P信道速率是600bps, (35) T=T/4, T=1/600秒。预估的频偏范围可以达到±1/2 (35) T, 也就是±1200Hz。
图2就是非数据辅助前馈算法的实现框图。z (k) 代表z (kT/4) , z-1代表了T/4的延迟。
模拟变频后70M的中频信号R (t) , 经过数字下变频抽样滤波, 抽样速率降为2400, 相当于每个码元采样四次。抽样率为2400的数字信号延迟一个时间间隔1/2400秒, 然后转换为共轭与自身信号相乘, 不断的累加, 经过一段时间估计出载频偏差。通过估出的载频偏差驱动直接数字频率合成器DDS产生频偏大小的信号, 与输入的数字信号相乘后, 消除载波频移, 为后续的信号正确处理提供条件。
2 载频同步算法性能仿真
本文通过Advanced Design System (ADS) 构建了非数据辅助前馈算法模型。图3和图4给出载波恢复环路性能的仿真结果。
图3所示载频频偏估计值, 图4所示校频后的频率值。频偏是637Hz, 由图可见非数据辅助的前馈算法估频准确、快速, 大约1000个样本后, 估出的频率偏移稳定, 每个样本的时间是1/2400秒, 所以需要0.42秒实现载波同步。
3 结语
本文主要讨论了海事卫星P信道的载波同步算法, 仿真结果表明该算法可以满足信道要求, 所提供的非数据辅助前馈算法的数字实现结构具有很大的参考价值。本文的同步算法已经应用在海事卫星P信道接收机中。
摘要：本文针对600bps的P信道, 介绍了一种非数据辅助前馈算法的载波同步技术, 以及它的数字实现方法, 使用ADS软件对其实现原理和相关算法进行了仿真。
关键词：P信道,载波同步,频偏估计
参考文献
[1]INMARSAT, Inmarsat Aeronautical SystemDescription, Version 1.39[S], 1994
海事卫星系统 篇7
Vizada已经开发出众多解决方案以优化Inmarsat FleetBroadband移动卫星服务和充分利用其船上高速数据连接与高品质语音频道。
Vizada的新型Sky File Mail 7.5软件包包含My Mail功能, 让船员可以用个人用户名和密码创建预付费的电邮账号, 并能在不同的船上使用。与市场上其他的预付费电邮系统不同, SkyFile Mail 7.5能传送所有类型和大小的电邮附件, 让船员可以传送照片或图片等数据文件。Sky File Mail 7.5目前可以在Inmarsat B、Mini-M、GAN、Swift和Fleet终端上使用, 从2010年1月起还可以在Inmarsat FleetBroadband上使用。
Sky File防病毒软件能发现并清除船载个人电脑中病毒和特洛伊木马等恶意软件。它还能通过船载互联网连接进行自动更新, 这样用户就能在出海时随时获得最新的病毒防护。
Vizada的Terralink Data Manager Live功能通过用户电脑上显示实时流量消耗的弹出窗来帮助控制卫星宽带成本。
此外, Vizada在Inmarsat FleetBroadband服务上向服务提供商合作伙伴提供两种新的流速度。这两种速率 (8千字节/秒和16千字节/秒) 旨在为希望通过FleetBroadband FB500或FB250终端进行多方同步网络电话 (VoIP) 通话的用户提供支持。