未来的海事卫星INMARSAT-5

文|吴丽华

INMARSAT-国际海事卫星组织（International Maritime Satellite Service，简称INMARSAT），成立于1979年，1994年12月，更名为国际移动卫星组织，英文缩写保持INMARSAT不变。INMARSAT系统是世界最早的GEO(Geosynchronous Earth Orbit,地球同步轨道)全球卫星移动通信系统，也是世界最大的卫星移动通信系统。国际海事卫星组织是海事卫星系统的所有者和运营者。经过30多年稳定良性发展，INMARSAT现已发展成为世界唯一的覆盖地球约85%土地（除南北两极）和世界上大约98%人口的卫星移动通信系统。截至2012年3月底，INMARSAT拥有11颗卫星，分别组成INMARSAT à2，INMARSAT-3，INMARSAT-4 系统。卫星定位在距地球35786公里的地球同步轨道上，向全球的海上、陆地、航空用户提供话音、数据、因特网接入以及海上搜救业务。目前INMARSAT的海事卫星通信终端已经超过30万台。

图1 下一代海事卫星Inmarsat-5卫星

INMARSAT的卫星

INMARSAT-1卫星

INMARSAT成立时，没有属于自己的卫星。只能租用美国通信卫星公司（COMSAT）的Marisat卫星、欧洲宇航局的Marecs和国际通信卫星组织的IntelSat-V卫星，运营INMARSAT-1（第一代INMARSAT）系统。

INMARSAT-2，INMARSAT-3卫星

INMARSAT于1991年3月8日，10月30日，11月29日，和1992年4月5日，发射了4颗卫星，构成了INMARSAT-2卫星星群，分别为大西洋东星，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卫星为全球波束卫星。1996年4月，发射第一颗INMARSAT-3卫星，部署于印度洋上空，1996年9月发射第二颗INMARSAT-3卫星，覆盖大西洋东,1996年12月17日发射第三颗INMARSAT卫星,覆盖大西洋西，1997年6月3日发射第四颗卫星,覆盖太平洋，构成INMARSAT-3卫星星群，INMARSAT-3是INMARSAT第一次采用点波束，并将点波束和全球波束结合在一起使用。INMARSAT-2、INMARSAT-3，都使用四颗卫星覆盖全球。

INMARSAT-4卫星

2005年3月11日，第一颗INMARSAT-4代星的发射，起初定位于64°E，覆盖印度洋地区。2005年11月8日，第二颗INMARSAT-4卫星定位于53°W，覆盖美洲地区。2008年8月18日，第三颗INMARSAT卫星定位98°W，覆盖美洲。2009年1-2月间，完成1、2颗卫星变轨，分别定位于25°E，143.5°E。三颗INMMARSAT-4卫星覆盖全球。INMARSAT-4卫星在功率、容量、适应性三方面在移动卫星通信中开创了新纪元。与上一代卫星INMARSAT-3相比，每颗INMARSAT-4卫星的功能强大60倍，容量也大20倍。与前几代卫星不同，INMARSAT-4首次使用3颗卫星覆盖全球。

下一代海事卫星INMARSAT-5卫星

2008年，在INMASAT-4投入运营还不到3年时，INMARSAT就着手研制下一代海事卫星系统INMARSAT-5，构建全球宽带无线网络（又称INMARSAT Global Xpress）。INMARSAT将其命名为INMARSAT-5，即Global Xpress，提供无缝的全球覆盖和移动宽带，INMARSAT-5将用户群细化为四个部分-政府、海事、企业和能源，以及航空。

下一代海事卫星系统INMARSAT-5支持INMARSAT Global Xpress业务，总投资将达12亿美元，包含卫星的建造成本，地面网络基础设施、产品开发、卫星发射服务和保险等成本。2010年8月6日，INMARSAT与美国卫星制造商波音公司签订合同，订购三颗KA波段卫星，这三颗卫星将组成INMARSAT-5的星座群，覆盖全球。INMARSAT-5卫星采用波音公司成熟的702HP卫星平台，星上有89个KA转发器，额定功率15KW，设计使用寿命15年。卫星的发射接口与阿丽亚娜、天顶、质子和宇宙神火箭兼容。

卫星天线由美国哈里斯公司制造，哈里斯公司拥有超过30年的空间天线设计和建造经验。卫星天线直接向地球发射95个KA波段光束，使3颗INMARSAT-5卫星组成的星座提供覆盖全球的高容量，该天线可以控制光束，适应未来15年不断变化或增加的用户需求。

2011年8月1日，INMARSAT子公司INMARSAT SA公司和国际发射服务公司（ILS）签订合同，发射3颗INMARSAT- 5卫星。预计2013年发射第一颗卫星，2014年完成INMARSAT-5的全球覆盖。将使用质子号运载火箭从哈萨克斯坦的科努尔发射基地发射。质子号是俄罗斯运载能力最强、最成熟的商用重型发射火箭，由赫鲁尼切夫科研生产航天中心建造。质子号火箭自1965年首飞，已成功完成370余次发射任务。

INMARSAT-5的系统特点

INMARSAT-5采用KA频段

海事卫星系统一直使用L波段。自海事卫星组织成立以来，从INMARSAT-1至INMARSAT-4，每代卫星都使用L波段。L波段又被称为黄金频段，特别适用于卫星移动通信。海事卫星系统全球使用L波段中的1626.5-1660.5MHz(上行)、1525－1559（下行），共34M带宽。L波段之所以被称为黄金频段，在于L波段具有以下优点：

表-1 微波波段划分

图2

1.天线波束宽，终端可以迅速寻星和对星，便于非专业用户使用。特别是便于机载、车载、船载终端使用。

2.L波段传播损耗小、雨衰小。

KA频段的特点：KA波段与L波段一样，也是电磁频谱（详情请参见图2、表1）的一部分。KA名字的由来，为K-ABOVE（K的正上方），表示高于K频段的波段。KA频段上行频率27.5-31GHz，下行频率17.7-21.2GHz，带宽为3500MHz。KA波段也称为20/30G频段，而L波段在1-2GHz。与L波段相比，KA波段明显的优点就是带宽宽。

如图2所示，在卫星通信中常用的L、S、C、X、KU、KA波段中，波段越高，带宽越宽。KA波段具有明显的优点：

1.可用带宽宽。KA波段带宽为3500MHz，是KU波段500M带宽的7倍。比L波段更是高了很多。

2.移动带宽宽。在3500M带宽中，用于移动卫星业务（Mobile Satellite Servece）有500M带宽。

3.现在运行的KA波段卫星较少，同频段卫星间的干扰较少，频谱环境比较干净。

4.每比特价格更便宜。

采用KA波段是大势所趋。目前的INMARSAT-4系统卫星使用L波段卫星，INMARSAT-5卫星与以往不同，特别引人注目地采用KA频段，应该说是大势所趋。 随着卫星通信的发展，C频段、KU频段的资源越来越紧张。卫星通信业界一直致力于拓展使用更高的频段-KA频段，以解决带宽问题，美欧日等西方国家对KA卫星早研究，早试验，更在近年投入实用和民用。近两年，很多国家开始使用KA频段卫星。例如，2005年4月26日，美国发射全KA波段卫星Spaceway-1（美国波音卫星系统公司制造，选用702HP平台），用于直播卫星电视运营商Direc TV公司为美国国内提供高清电视直播和宽带服务。2010年12月27日，欧洲首颗全KA波段卫星-欧洲卫星公司的Eutelsat Ka àSat 9A（欧洲卫星制造商EADS Astrium公司制造，采用欧洲之星E3000卫星平台）发射升空，随后投入卫星宽带服务。据估计，至2020年，在卫星通信中，KA波段的有效载荷将占18%。L波段带宽窄，只分配给海事卫星通信系统34M的有限带宽，在这有限的带宽内难有做为。INMARSAT欲继续取得辉煌成就，必须顺势而为，采用带宽宽的KA波段。INMARSAT-5将是第一个使用KA波段的商用全球网络系统。

INMARSAT-5的优势

1）通信带宽宽

使用KA波段，带宽大大增加，可提供宽带服务，更好的支撑全球无线宽带服务（INMARSAT Global Xpress）。

2）终端体积小，重量轻

下一代卫星采用点波束，使用KA波段，可使终端卫星天线口径小至20CM（IPAD大小），随之带来的直接优点就是终端设备重量轻，体积小。据INMARSAT官网宣布，INMARSAT-5的终端在60CM左右，便于新闻记者随身携带。

3）超高的通信速率

据INMARSAT官网消息，INMARSAT将为移动终端提供最高为50Mbps的下行速率，提供最高为5Mps的上行速率。广泛传言未经官方确认的消息是：50MB/S服务于船只或者飞机，10MB/S服务IPAD（20CM）大小的天线。届时，INMARSAT-5的吞吐率将达100Gbps。50M的下行速率，大大高于现在运行的INMARSAT-4支持的最高492K的速率。

按计划，INMARSAT-5将于2014年底2015年初投入商业营运。现在我们密切关注INMASAT-5的发展，了解它的特性，站在技术发展的前沿，做好技术调研和规划，以便届时能及时投入使用，服务新闻报道。