《卫星通信技术》课堂 13. INMARSAT

世界上最成功的卫星通信系统一个是INTELSAT，另一个就是INMARSAT。

早在上世纪七十年代中期，美国海军的三颗卫星（MARISAT1、MARISAT2和MARISAT3）开始用于大西洋、太平洋和印度洋海事通信。它们是休斯飞机公司（Hughes AircraftCompany）根据与通信卫星总公司（Comsat GeneralCorporation）签订的合同制造的。这三颗卫星均于1976年发射，分别于2月19日、6月9日和10月14日发射。分别定轨于地球同步轨道的东经15度、东经176.5度和东经72.5度。

这些特别的卫星引入了一种新的通信方式：同时提供三种不同频率的服务——超高频（UHF：240-400MHz）、L频段（1.5/1.6GHz）和C频段（4/6GHz）。UHF是美国海军岸与舰载终端之间的卫星通信链路，包括语音、电传、传真和高速数据。L波段频率用于从船到卫星的通信。C波段频率用于美国各海岸地球站与卫星之间的通信链路。卫星跟踪、遥测和指挥功能也在C波段进行。

美国海军的Marisat卫星系统是国际海事卫星组织（InternationalMaritime Satellite Organization，缩写：INMARSAT）的直接源头。上世纪70年代中期，为了增强海上船只的安全保障，国际电信联盟（ITU）决定将L频段中的1535～1542.5MHz和1636.3～1644MHz分配给航海卫星通信业务。Marisat开始开放部分信道给远洋船只使用。1979年，国际海事组织（International MaritimeOrganization，缩写：IMO）创立了INMARSAT。从1982年开始，INMARSAT是租用INTELSAT的卫星开展业务。1985年对公约作修改，把航空通信纳入业务之内。1989年又把业务从海事扩展到陆地。此时INMARSAT用户终端数量就已经达到8000个。1994年12月的特别大会上，国际海事卫星组织改名为国际移动卫星组织（InternationalMobile Satellite Organization），其英文缩写不变仍为“Inmarsat”。1999年INMARSAT实现私有化（privatised），2003年完成股权私有化（Private equity proceesscompleted）。

目前它已是一个有86个成员国的国际通信组织，在143个国家约有4万多台各类终端正在使用，它已经成为全球惟一覆盖海上、空中和陆地商用及遇险安全卫星移动通信服务商。中国作为创始成员国之一，由中国交通运输部和中国交通通信信息中心分别代表中国参加了该组织。因此，大家说INMARSAT是海事卫星至少是不准确的。发生于北京时间2008年5月12日14时28分04秒的汶川大地震，第一个求救信息就是INMARSAT发出来的。

尽管INMARSAT已经发展出应用高通量Ka频段的第五代卫星系统：

而且正在谋划包含低轨卫星星座的新一代GXFlex系统。但是，INMARSAT的基本模式已经在第二代卫星的海上业务系统确定了。作者根据该系统作一个介绍。

INMARSAT二代星如图：

采用4颗同步轨道卫星覆盖大西洋、太平洋和印度洋。

系统架构示意如图：

INMARSAT总部在伦敦，由操作控制中心（OCC）和卫星控制中心（SCC）组成：

每个大洋区有一个网络协调站（NCS），通常这是由某一个岸站兼的。和十几个岸站（LES），每个大洋区有一颗通信卫星，覆盖区内可以支持成千上万船站（MES）的海事通信。从总部到NCS再到LES是地面链路；LES到卫星是上行6GHz、下行4GHz的C频段卫星链路；卫星与MES之间是上行1.6GHz、下行1.5GHz的L频段卫星链路。岸站通过卫星向所有的船站广播一个TDM载波，该载波是将发给所有船站的控制数据和通信数据用时分复用的方式复用成一个连续的TDM流，然后以C频段的6GHz频率发给卫星；卫星的L/C交联转发器将其转换成1.5GHz的L频段信号发给船站。每个船站接收了TDM流以后，根据约定只保留给自己的数据。船站采用1.6GHz频率的信号发到卫星，卫星的L/C交联转发器将其转换成4GHz的C频段信号发给岸站。船站采用ALOHA方式呼叫，一旦呼叫成功就采用SCPC方式发送数据给卫星。

具体频率如下：

    L波段：下行1530～1548MHz，上行1626.5～1649.5 MHz。

    C波段：下行3600～3623MHz，上行6425～6443 MHz。

岸站通常归各国主管部门所有，并归它们经营。它既是卫星系统与地面系统的接口，又是一个控制和接续中心。其主要功能为：

(1)对从船舶或陆上来的呼叫进行分配并建立信道

(2)信道状态（空闲、正在受理申请、占线等）的监视和排队的管理

(3)船舶识别码的编排和核对

(4)登记呼叫，产生计费信息

(5)遇难信息监收

(6)卫星转发器频率偏差的补偿

(7)通过卫星的自环测试

(8)在多岸站运行时的网络控制功能

(9)对船舶终端进行基本测试。

典型的岸站反射面天线直径为11～14米。

网路协调站（NCS）是整个系统的一个重要组成部分。在每个洋区至少有一个岸站兼作网络协调站，并由它来完成该洋区内卫星通信网络必要的信道控制和分配工作。

船站是设在船上的地球站。因此，天线在跟踪卫星时，必须能够排除船身移位以及船身的侧滚、纵滚、偏航所产生的影响；同时在体积上必须设计得小而轻，使其不致影响船的稳定性，在收发机带宽方面又要设计得有足够带宽，能提供各种通信业务。为此，对船站采取了以下技术措施：

(1)选用L频段

(2)采用SCPC/FDMA制式以及话路激活技术，以充分利用转发器带宽

(3)卫星采用极子碗状阵列式天线，使全球波束的边缘地区亦有较强的场强

(4)采用改善HPA（发送部分的高功放），来弥补因天线尺寸较小所造成天线增益不高的情况

(5)L频段的各种波导分路和滤波设备，广泛采用表面声波器件（SAW）

(6)采用四轴陀螺稳定系统来确保天线跟踪卫星。

船站根据Inmarsat业务的发展被分为A型站、B型站、M型站和C型站标准，1992～l993年投入应用的B、M型站，采用了更先进的数字技术。

每个船站都有自己专用的号码，通常船站由甲板上设备（ADE）和甲板下设备（BDE）两部分组成。ADE包含天线、双工器和天线罩；BDE包含低噪声放大器、固体高功放等射频设备，以及天线控制设备和其它电子设备。射频部分也可装在ADE天线罩内。

1985年开始INMARSAT将航空通信纳入业务之内：

1989年开始又把业务从海事扩展到陆地：

如此琳琅满目的好产品，难怪INMARSAT可以顶住20年前全球低轨卫星星座的强烈冲击，它们是：

Iridium 铱星

Globalstar 全球星

Orbcomm 轨道星

还有区域竞争对手的竞争，它们是：

Thuraya (MiddleEast中东)

Emsat (Europe欧洲)

MSV - MobileSatellite Ventures (USA美国)

包括无处不在的VSAT系统。

INMARSAT不仅是占据了一个不可或缺的应用领域，而且有与时俱进的技术与产品。另外它公开所有通信协议，让全世界合格的制造商都来制造产品，然后入网应用。还有一整套成功的分销商业模式，这些都是它赖以成功关键，值得人们仔细研究。

至今长盛不衰的INMARSAT堪称卫星通信系统的典范。