某船船载动中通系统设计

赵 顿 邹 城

(广船国际技术中心)

0 前言

卫星“动中通”系统是为了满足用户在移动中通过卫星传输宽带视频而产生的新应用，是综合了传统FSS 和MSS 业务优势的一种新的卫星业务，这种业务一般使用固定轨道卫星的Ku 频段进行移动通信和宽带传输，全称为“移动中的卫星地面站通信系统”，简称“动中通”。最基础的部分为卫星自动跟踪系统和卫星通信系统两部分，其他如移动电话、视频会议、船岸电脑信息交换等应用则通过卫星通信系统进行传输。

在当今的商用海事领域，船舶与岸基的语音通信，一般采用卫通C 站，但卫通C 站的缺点是通信成本高且无法满足船舶管理需求数据传输对带宽的需求。船东管理公司对船舶运营、安全等远程管理的需求持续增加，特别是在客船上，乘客的移动电话通信和娱乐，以及船员的移动通信和办公等需求是通过卫通C 站这一窄带传输远远不能满足的；在执法类、公务用海事领域，也有着类似的强烈需求，本文就某客滚船以“动中通”为宽带传输基础的信息系统设计进行介绍，为有着此类应用需求的船舶提供参考（下文中所提及的系统应用都是以“动中通”为传输基础）。

1 系统设计目标

1.1 设计目标

根据调研以及船东方的沟通，结合与通信管理当局和移动、联通、电信运营商的协调，对本船“动中通”系统的设计目标确认为如下：

（1）由卫星中心地面站覆盖服务、卫星通信覆盖服务（卫星端站船上外区部分）及船载卫星通信覆盖服务（卫星端站船上舱室部分）组成卫星通信系统：为船载移动通信覆盖、船载WIFI、船载局域网、视频会议系统、远程医疗、船舶信息管理等等信息系统提供传输接入服务；以船舶的500 载员为基础，根据使用经验和专业计算,卫星动态传输速率为20Mbps。

（2）船载移动通信覆盖服务：对船舶及其周边3 海里范围内的移动电话提供移动、电信、联通3 个运营商的2G/3G/4G 语音及数据业务；

（3）船载WIFI 覆盖服务：全船提供独立WIFI接入，为有WIFI 需求的用户提供服务；

（4）船载局域网覆盖服务：满足内部办公需求，当需要与外部网络连接时可通过局域网或者是中国移动的WIFI 服务连接互联网；

（5）船载视频系统覆盖服务：通过“动中通”连接公共互联网，实现船岸、船船远程视频会议功能；

（6）船上CCTV 系统接入及传输；

（7）预留远程医疗、船舶管理等信息系统的扩展空间。

1.2 设计原则

实用性原则：覆盖范围内船岸手机电话直通要等同于正常使用标准，即语音通话清晰不失真、2G/3G/4G 语音及数据业务顺畅；WIFI、宽带数据、视频会议、日常办公满足实际使用需求。

可靠性原则：由于船舶的特殊性，在设备选型上要充分考虑，选用设备应考虑适用于船舶实际航行和停泊的温度、湿度、盐分、噪音、振动等恶劣性的环境；系统设计和设备布置要在复杂的船舶空间内实现全网移动通信、WIFI、宽带传输等正常使用；带宽资源、误码率、信号阻塞或者屏蔽等影响使用可靠性的因素也要充分考虑。

绿色环保原则：在保证安全与可靠的前提下，使用尽量低的功耗。考虑通信网络室内信号分布系统三家运营商共用一套线路，室内分布系统的相关覆盖设备（天线等）及馈线只用一条电缆。合理地布置舱内天线位置，以求尽量减少船舶内不必要的电磁污染。

可扩展原则：预留系统扩展接口，重视设计标准化以及开放性，系统的带宽要既能满足目前的使用，也要预留适当的应用扩展空间。

图1 网络结构示意图

表1 Ku 波段与C 波段特性对比

2 系统架构

2.1 网络结构

本船“动中通”系统完整的网络结构组成包括船载系统、卫星链路、岸端应用三个部分。实际使用中，船载的各类应用信息系统通过局域网交换机和路由器收集并传输到卫星调制解调器，再通过“动中通”传输到卫星，最后通过卫星传输到北京的卫星地面站后处理和分发相应的通信公司（如中国移动等等服务终端供用户使用等）。其中船载系统是由船舶建造时完成，完整的应用网络结构示意见图1。

2.2 船载系统组成部分

船载系统主要有一套动中通天线及其附属系统，一套中国移动2G/4G 系统通信基站，一套中国电信2G/3G/4G 系统通信基站，一套中国联通2G/3G/4G 系统通信基站，一套移动/电信/联通室内分布系统，一套独立WIFI 系统，一套船载计算机局域网系统，一套视频会议系统，一套CCTV 系统。其他非船装设备和系统，比如扩容中国移动原有卫星中心站，租用卫星转发器，调度从北京主站至海口的专用传输光缆，岸基视频会议终端，岸基船舶信息管理终端等不在本文讨论范围。

2.3 动中通天线系统

动中通天线系统主要由2.4 米C 波段动中通卫星天线、室外功放（BUC）、低噪声模块（LNB）、卫星调制解调器、4G 优化设备（4G 加速器）、Abis优化设备、路由器和三层交换机等组成，是整个“动中通”系统的基础部分，为各类应用信息提供传输接入服务。

“动中通”可选择Ku 波段或C 波段天线，从稳定性、传输速率和扩展应用上考虑，Ku 波段与C 波段对比见表1。

优缺点分析：

抗震及抗干扰性能方面：C 波段卫星通信系统受雨雾天气影响很小，在海上无其他同频段微波通信设备干扰，具有很强的抗震及抗干扰性能。在性能方面相对于KU 波段具有明显的优势。

安装空间方面：Ku 波段卫星通信系统尺寸小，需要的安装空间小；C 波段卫星通信天线尺寸大，所需安装空间较大。Ku 波段卫星通信系统具有一定的优势。

图2 动中通天线示意图

图3 移动电话（2G/3G/4G）通信网络示意

经过对比分析，本船安装空间充足，可以安装较大尺寸的天线，所以本船选用2.4 米C 波段卫星通信系统，与陆上中心站形成卫星通信链路系统。“动中通”天线系统见图2。

3 应用设计

3.1 移动电话基站系统

设计部署中国移动、中国联通和中国电信三大运营商的2G/3G/4G 网络，满足船上人员与岸上无区别的移动电话及设备通信。考虑到电话和通信是动态传输速率，设计时要对优先级高的通信系统进行保护。根据保障的优先级别，速率分配如下：

移动2G>移动4G

保障速率：3M>移动

4M>电信2G/3G

1.5 M>联通2G/3G

1.5 M>电信4G

1M>联通4G

1M>剩余带宽按照电信4G、联通4G 速率1:1分配。

其中移动2G：华为基站，8 载频，其中2 载频可动态配置为EDGE，1个E1；保障速率配为1.5M。

电话基站系统由定向板状天线、板状天线、吸顶天线、POI、功分器、耦合器、1/2 馈线、7/8 馈线等器件组成。天线通过馈线与POI 连接，POI 通过馈线与基站RRU 连接，馈线和馈线之间通过功分器或耦合器进行连接。

定向板状天线的覆盖范围是3 海里，板状天线与室内吸顶天线配置专用路由器，直接接入动中通天线系统形成移动电话及设备的通讯链路。移动电话（2G/3G/4G）通信网络示意见图3。

3.2 无线WIFI 覆盖系统

全船WIFI 是独立接入，在移动、联通、电信均无信号时也能使用。WIFI 实现方案采用自带内置天线的AP 进行无线覆盖，实际设计时根据待覆盖区域的需要配置AP，利用AP 本身的天线进行有效覆盖。考虑到不同覆盖区域对AP 安装的不同要求，本船AP 选用了蘑菇头型、面板型等形式。考虑到室外防护等级要求，多采用水密等级为IP67面板型AP；考虑到安装的方便性和整体装修效果，室内采用体积小且便于贴墙安装的蘑菇头型AP。无线WIFI 组装示意见图4。

图4 无线WIFI 组装示意图

图5 局域网系统示意

图6 视频会议系统实船效果图

图7 船载动中通系统应用专业分工界面示意

3.3 船载局域网系统

船载局域网系统为本船的各系统提供接口，对不同的系统传输带宽进行分配和限制，实现传输带宽的分配。局域网采用域管理模式，有线/无线终端、用户、网络资源（打印机、共享文件夹等）均采取认证管理，管理配置简单高效，权限指派分明。

3.4 视频会议系统

视频会议系统采用软件版视频会议系统，主要以PC 电脑作为系统硬件载体。PC 电脑可提供HDMI/VGA 视频信号输出、音频信号输出，常规对接方式是视频接入视频矩阵、音频接入调音台。本船实际安装了2 套视频会议系统，分别安装在7 甲板两间会议室及5 甲板的应急指挥中心，每套视频会议系统分别配置了高清会议摄像机、会议全向麦克风、鹅颈式一拖十四麦克风、音响系统、PC 视频会议工作站。实船视频会议系统效果见图6。

3.5 其他扩展应用

根据运营的需要，后期还可以预留扩展远程医疗、船舶信息管理等等应用，相关的应用通过船载局域网系统接入动中通，各类应用专业分工界面连接见图7。

4 结束语

本船属于国内航行的I级I类客滚船，“动中通”系统的设计完成，保证了船舶在全海域与陆地上无差别的通信，视频会议系统以及预留的可扩展信息系统，把同类客滚船的通信与信息化水平提升到一个新的高度，也为有此需求的船舶提供了一个成功的参考实例。