海事卫星第五代卫星系统特点及发展前景分

· 文 | 中国交通通信信息中心 朱小刚 李琛 陈锐

海事卫星第五代卫星系统特点及发展前景分

· 文 | 中国交通通信信息中心 朱小刚 李琛 陈锐

近年来，卫星移动通信业务发展迅速，伴随着传统卫星频率资源越来越紧张，面对日益增长的用户需求，卫星移动运营商也都在积极地对其网络进行新的部署，拓展使用更高的Ka频段以解决带宽和容量问题。

一、卫星移动通信发展趋势

目前，全球卫星移动通信服务网络运营商主要包括国际移动卫星公司（Inmarsat）、铱星公司（Iridium）、瑟拉亚公司（Thuraya）、全球星公司（Globalstar）、美国轨道通信公司（Orbcomm）等，其中前3家运营商通信服务收入占整个产业的90%。随着卫星移动通信产业主要收入从传统话音业务向数据业务的过渡，卫星移动通信领域技术呈现出以下几个方面趋势：

1）卫星移动通信运营商都在积极发展下一代移动通信卫星，业务向IP化、宽带化发展。

2）多点波束技术广泛应用。由于卫星通信频谱资源依然紧张，推行新的系统在频谱资源方面阻力仍然很大。使用多点波束技术实现频分复用，缓解L及S频段拥挤现状。

3）星载天线口径不断增大，卫星发射功率不断增强。2005年发射的国际移动卫星-4 （Inmarsat-4）星载天线口径为12m，可产生213个波束，等效全向辐射功率（EIRP）值为67dBW；2010年底发射的美国天地-1（SkyTerra -1）卫星的天线口径已达到22m，EIRP值提升到79dBW。

4）Ka频段成为当前发展新方向。随着卫星通信的发展，L、C、Ku频段资源越来越紧张，拓展更高频率的Ka频段以解决带宽问题已成为发展方向。

二、海事卫星第五代星网络技术特点

Inmarsat经过30多年的发展和不断的技术革新，现在已经发展成为世界上唯一为海、陆、空各行业用户提供全球移动卫星通信服务的运营商和海上遇险安全通信的通信保障系统。

随着信息技术的深入发展，人们对于高带宽、大容量的通信需求越来越明显，海事卫星第五代卫星系统应运而生。第五代卫星被称作“全球快讯”（Global Xpress），采用全IP体制，空间段采用3颗主用（120°间隔）加1颗备用静止轨道卫星的组网方式，使用Ka频段，第一颗卫星位于62.6° （E），覆盖范围包括欧洲、中东、非洲和亚洲；第二颗卫星位于55°（W），覆盖范围为美洲及大西洋地区；第三颗卫星已于2015年8月28日发射，覆盖亚太地区。

☆ Inmarsat GX 卫星全球覆盖图

每颗Inmarsat GX卫星有89个Ka固定波束（最多可支持72个点波束同时工作），提供72×40MHz信道带宽，每颗卫星支持6个高容量可移动波束。

Inmarsat第五代卫星具有高频段、高带宽、高移动性、高稳定性等特点。

1）高频段：第五代卫星系统使用Ka频段，频率资源更丰富，带宽更大，更能适应高清视频等应用的传输需要。

2）高带宽：第五代卫星带宽达到5GHz，并且采用多点波束和频率复用技术，上下行传输速率分别达到5Mbit/s和50Mbit/s。

3）高稳定性：第五代卫星的Ka频段网络将与现有的第四代卫星的L频段网络组成双模混合型网络，结合Ka频段高速率和L频段抗雨衰的特性，为用户提供无缝服务。

4）高移动性：五代卫星的服务群体主要仍是海上船舶、空中飞机、陆地应急安全，及陆地边远地区和无通信覆盖的盲区，具有很强的移动性。

表1列出了第五代卫星与之前三代卫星技术特性。

表1　第五代卫星与前三代卫星技术比较

三、Inmarsat第五代卫星应用

Inmarsat从第一代发展到现在的第五代，业务从模拟通信到第五代的全IP业务，技术体制发生了巨大变化。现在海事卫星在政府、能源、交通、抢险救灾、视频直播、日常通信方面都有着广泛的用途。第五代卫星系统具有高频段、高带宽、高移动性、高稳定性、全球覆盖等特性，可以为用户提供高速移动宽带业务。

随着“互联网+”时代的来临，信息通信技术促进了传统行业与互联网的深度融合，移动卫星以其具有的通信距离远、覆盖范围广、不受地面条件的约束、建站成本与通信距离无关、组网灵活机动、能多址连接且通信容量较大、通信质量可靠和机动性能好等优点，将极大丰富“互联网+”的内涵和外延能力，对边远地区开发，对我国推进“一带一路”、海洋战略发展起到强力支撑作用，未来的应用前景非常广阔。

1.第五代卫星在“一带一路”中的应用

2013年9月，习近平总书记提出“一带一路”的战略构想。Inmarsat第五代卫星系统全球、全时、全天候的特性可以响应“一带一路”战略对卫星移动通信领域的需求。

中国“一带一路”战略圈对卫星通信资源的需求迅速扩大，不仅在传统的政府、石油、新闻媒体、工程建设等领域将得到突破，在海上、航空、矿山、电力以及国家各应急通信领域、科考探险、个人应用等市场领域都会表现出快速的增长趋势。

Inmarsat第五代卫星系统在国家“一带一路”战略应用中有以下几个优势：一是面对“一带一路”发展沿线高山、海洋，戈壁沙漠等特殊的地理环境，Inmarsat第五代卫星可以实现无缝覆盖，并且Inmarsat第五代卫星采用频率高的Ka频段，提供高带宽，资源统一规划，可以满足未来“一带一路”对大数据传输、商务和娱乐井喷式的需求。二是海事卫星全球广泛使用，已经被“一带一路”沿线所涉的40余个国家接受，依托Inmarsat第五代卫星体系，可实现“一带一路”通信信号的全面覆盖，提供高速、高容量和可靠、经济的宽带卫星通信，从而在通信领域为发展“一带一路”国家战略铺平道路。

2.第五代卫星在国家海洋战略中的应用

海洋发展战略的推行和发展，远洋航行已是世界海洋交通的新趋势。远洋航行是一项高风险性的产业，具有涉外性、专业性、独立性，航行范围广、流动性大、危险系数高等特性。另外，世界重要水道越来越拥挤，海洋事故时有发生，给远航安全和海洋生态环境造成了巨大威胁，船舶航行安全对岸船、船舶之间的通信提出更高的要求。目前，海事卫星系统是唯一符合国际海事组织（IMO）“国际海上人命安全公约”（SOLAS）要求的海上遇险安全通信系统，Inmarsat第五代卫星为全球远洋航行提供重要保障，是海上遇险搜救的“生命线”。

随着国家建设海洋强国战略的推进，海上电子商务、移动联网、船舶物联网信息回传等应用将越来越普及，传统的通信和信息模式已不能满足互联互通的需求。Inmarsat第五代卫星宽带应用的推出，在速率、带宽、无缝切换、全球覆盖等方面有着明显的优势，在各类航运船舶应用及海洋执法方面具有很强的竞争力。

应用Inmarsat第五代卫星系统，可以方便地在船上开展远程监控、视频会议、远程维修、远程医疗等工作。同时船员可以使用IP电话与家人通话、享受网上冲浪。对海上随时可能出现的各类事故，系统可将船上的实时画面传输至陆地，第一时间形成海陆一体联动机制，妥善处理各类突发事件，提高远洋航运的安全性。

安装在船舶上的主机监控系统可以实时获取船舶数据，通过卫星传输，陆地办公人员可以直接获得船舶主机运行情况、油耗、设备健康等信息，结合天气、洋流等海洋信息，经数据分析得出可靠的船舶运营决策，提高运营效率和效益。

3.第五代卫星助力边远地区开发

我国地域辽阔，地形地貌复杂，地区经济发展不平衡，边远地区信息通信严重滞后。海事卫星宽带系统由于其覆盖范围广、通信容量大、不受环境影响等优势，已经成为地面通信网络的延伸和补充，尤其是应急通信应用和地面网络不易覆盖的区域，海事卫星宽带系统成为了有效通信手段。

应对边远地区地面网络覆盖成本大、利用率低的缺点，卫星移动宽带通信灵活便捷，成为有效的通信解决方案。Inmarsat第五代卫星系统支持话音业务、数据传输、视频会议、VOIP IP电话等业务，在任何恶劣的环境下都能实现多媒体数据传输或为工作组搭建临时办公室式的可共享通信网络。用户可通过电信运营商网络，以LAN/AD/PON局域网/管理域/无源光网络等方式接入北京地面接收站（POP站），进行分组交换域数据业务通过电信运营商网络接入，方式灵活，成本较低。对安全性和稳定性要求较高的分组交换域数据业务用户，可通过电信运营商网络IP专线接入POP站。

Inmarsat第五代卫星系统具有机动性强、覆盖范围广、可靠性强等特点，非常适合于石油天然气勘探、地质、远程教育、新闻报道、林业等边远地区陆地用户使用，而且使用领域还在不断拓宽，推动边远地区经济增长。

四、结束语

卫星移动通信技术正在由以话音为主的窄带通信系统，向高带宽、高容量、多媒体的方向发展。人们对高带宽卫星业务的需求持续增长，新一代的卫星移动通信系统将在满足各种用户需求的过程中日益显现出技术、网络和经济上的优势。随着国家战略的深入进行、卫星移动通信市场的不断拓展及天地一体化的推进，Inmarsat卫星网络必将发挥出越来越重要的作用。