GMDSS通信設(shè)備與業(yè)務(wù)第九章Inmarsat-B/F系統(tǒng)及其船站

航海學(xué)院通信教研室

第九章

Inmarsat-B/F系統(tǒng)及其船站

一、B/F系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及信道二、系統(tǒng)接續(xù)控制三、系統(tǒng)通信接續(xù)過(guò)程四、船站組成及主要終端技術(shù)五、船舶常用的衛(wèi)星天線六、F系統(tǒng)及其應(yīng)用七、海事衛(wèi)星寬帶系統(tǒng)及業(yè)務(wù)簡(jiǎn)介八、思考題一、B/F系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及信道1B/F系統(tǒng)發(fā)展歷程Inmarsat-B系統(tǒng)1993年M系統(tǒng)1993年簡(jiǎn)化掉電傳

Mini-M1997年點(diǎn)波束工作的改進(jìn)M4系統(tǒng)（多媒體Mini-M系統(tǒng)）2000年多媒體Mini-M即F系統(tǒng)2002年只能進(jìn)行遇險(xiǎn)報(bào)警而不具有遇險(xiǎn)通信能力不具有遇險(xiǎn)通信和遇險(xiǎn)報(bào)警的能力實(shí)現(xiàn)多媒體通信高速數(shù)據(jù)信道。只適用于陸地移動(dòng)用戶和飛機(jī)用戶，只支持常規(guī)通信海用型唯一一個(gè)與四代星點(diǎn)波束兼容的系統(tǒng)，有遇險(xiǎn)報(bào)警和遇險(xiǎn)通信A系統(tǒng)的數(shù)字化2B/F系統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)種類電話傳真數(shù)據(jù)（低速、高速）電傳LESLES國(guó)際國(guó)內(nèi)電信網(wǎng)絡(luò)F系統(tǒng)的64Kbit/s高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)必備業(yè)務(wù)

僅限于B站3B/F系統(tǒng)主要特點(diǎn)f發(fā)-f收≠常數(shù)，減少了互調(diào)干擾LES和SES有不同的有效全向輻射功率（EIRP-EffectiveIsotropicRadiatedPower）①②④③衛(wèi)星全球波束和點(diǎn)波束工作收、發(fā)頻率不成對(duì)子帶信令信道控制與ISDN網(wǎng)完全兼容可直接接入ISDN網(wǎng)4信道構(gòu)成（1）五種信道TDM信道信令信道TDMA信道數(shù)據(jù)信道話音信道LES（2）信道的功能電話話音波段數(shù)據(jù)（2.4Kbit/s）傳真數(shù)據(jù)（9.6Kbit/s）高速數(shù)據(jù)（64Kbit/s)電傳信息船站響應(yīng)信道分配洋區(qū)登記公共信道信道分配點(diǎn)波束信道洋區(qū)登記確認(rèn)信道分配申請(qǐng)廣播呼叫申請(qǐng)分配信息船站申請(qǐng)呼叫確認(rèn)

信道分配電傳信息二、系統(tǒng)接續(xù)控制

1）點(diǎn)波束控制（1）B船站B船站NCS在TDM幀的點(diǎn)波束信道上發(fā)射各點(diǎn)波束識(shí)別載波間隔大約8小時(shí)，用15分鐘完成63個(gè)點(diǎn)波束識(shí)別存儲(chǔ)最好點(diǎn)波束申請(qǐng)或響應(yīng)時(shí)將點(diǎn)波束告之LES或NCS（2）F船站增強(qiáng)點(diǎn)波束選擇

基于布告板點(diǎn)波束地圖廣播和位置信息系統(tǒng)點(diǎn)波束標(biāo)識(shí)載波掃描法

三代星63個(gè)點(diǎn)波束四代星253個(gè)點(diǎn)波束F船站有GPS②提供位置，根據(jù)位置和點(diǎn)波束圖確定點(diǎn)波束ID

NCS①根據(jù)位置及點(diǎn)波束圖，選擇點(diǎn)波束ID，呼叫時(shí)通過(guò)“申請(qǐng)”傳遞給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站2）功率控制（1）功率控制目的：通過(guò)SES仰角參數(shù)控制LES功率通過(guò)業(yè)務(wù)種類控制SES功率（2）控制機(jī)制：通過(guò)信號(hào)質(zhì)量控制LES和SES功率LES/SES功率=初始值+調(diào)整值取決于業(yè)務(wù)種類和衛(wèi)星取決于信號(hào)質(zhì)量LES的發(fā)射功率SES的發(fā)射功率LESSES前向功率：前向前向返向功率：返向有效利用功率、減少電波干擾②F系統(tǒng)①B系統(tǒng)設(shè)定后恒定F系統(tǒng)480ms檢測(cè)并報(bào)告LES（1）B系統(tǒng)：船→岸岸→船（2）F系統(tǒng)：方向可實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)搶占功能船岸→←不同業(yè)務(wù)種類高于常規(guī)的話音優(yōu)先于數(shù)據(jù)同一話音業(yè)務(wù)遇險(xiǎn)高于緊急，緊急高于安全，安全高于常規(guī)同一呼叫等級(jí)船發(fā)起高于岸發(fā)起3）優(yōu)先權(quán)控制（3）優(yōu)先權(quán)劃分方向可實(shí)現(xiàn)4個(gè)級(jí)別的優(yōu)先權(quán)搶占功能方向可實(shí)現(xiàn)4個(gè)級(jí)別的廣播通信無(wú)法實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信F系統(tǒng)優(yōu)先權(quán)搶占功能①移動(dòng)站MES2向岸站LES2發(fā)射較高優(yōu)先等級(jí)的話音呼叫申請(qǐng)。②岸站LES2收到申請(qǐng)后，向網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站NCS發(fā)送請(qǐng)求信道分配申請(qǐng)。③NCS收到該較高優(yōu)先等級(jí)的申請(qǐng)后，檢查信道，信道擁擠，隨機(jī)選擇一個(gè)正在與MES1進(jìn)行常規(guī)通信的岸站LES1，向其啟發(fā)“優(yōu)先權(quán)控制”。④LES1向MES1發(fā)“信道釋放”信令，要求清除呼叫。⑤MES1向LES1響應(yīng)清除呼叫后，進(jìn)入“空閑”狀態(tài)，此時(shí)LES1與MES1之間的通信中斷，讓出信道。⑥LES1通知NCS呼叫清除。⑦NCS收到呼叫清除通知后，為建立新的呼叫，向LES2和MES2分配信道。⑧LES2和MES2較高優(yōu)先等級(jí)的新呼叫建立。用戶三、系統(tǒng)通信接續(xù)過(guò)程1船→岸電傳信道建立過(guò)程N(yùn)CSLESSES船→岸電傳通信信道的建立①③②NCSLESSES③①②②①SES申請(qǐng)②LES分配信道并告之NCS③LES與SES“握手”

LES與SES識(shí)別撥叫用戶及與用戶識(shí)別用戶2船→岸電話信道建立過(guò)程N(yùn)CSLESSES船→岸電傳通信信道的建立①④②NCSLESSES④①②①SES申請(qǐng)②LES請(qǐng)求分配④LES與SES“握手”船站撥叫用戶號(hào)碼③NCS分配信道③③③3.船至岸數(shù)據(jù)通信接續(xù)4.船→船通信接續(xù)四、船站組成及主要終端技術(shù)

電話電話蜂鳴器遇險(xiǎn)報(bào)警盒信用卡電話遇險(xiǎn)信息產(chǎn)生器圖片1------B船站外圍設(shè)備圖片2------B家族船站M4站M

站Inmarsat-B圖片3------

Mini-M移動(dòng)站便攜型船載型車載型經(jīng)濟(jì)型1、船站組成框圖1、脈沖編碼調(diào)制基本原理

2語(yǔ)音壓縮編碼1）作用：3）抽樣周期：抽樣量化編碼模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)模/數(shù)變換2）過(guò)程：采樣頻率大于模擬信號(hào)最高頻率的二倍時(shí)，就能保證不失真地傳輸、處理、還原成原來(lái)的模擬信號(hào)所以脈沖編碼調(diào)制（PCM）采樣頻率一般為8000Hz。脈沖編碼調(diào)制(PCM)原理模擬信號(hào)離散時(shí)間信號(hào)量化信號(hào)數(shù)字信號(hào)抽樣量化編碼x(t)x(nT)xg(nT)x(n)tx模擬信號(hào)量化級(jí)別12345678歸一化值0.51.01.52.02.53.03.54.0Tt1離散抽樣值2.7t22.9t32.25t41.8t52.3t63.6tn量化抽樣值2.53.02.02.02.53.5量化級(jí)別564457對(duì)應(yīng)碼組000001010011100101110111PCM碼組1001010110111001102、Inmarsat船站中的語(yǔ)音壓縮編碼1）自適應(yīng)預(yù)測(cè)編碼（APC）：2）高級(jí)多帶激勵(lì)編碼（AMBE）：先對(duì)抽樣值預(yù)測(cè)，再對(duì)當(dāng)前抽樣值與預(yù)測(cè)值之差編碼，同時(shí)量化電平隨模擬信號(hào)強(qiáng)弱變化分析語(yǔ)音→建立模型→獲得參數(shù)→參數(shù)量化→編碼特點(diǎn)：壓縮比大AdaptivePredictiveCodingAdvancedMulti-BandExcitation天線向各方向均勻輻射電磁波。天線向某一方向輻射電磁波。定向天線：全向天線（無(wú)方向性天線）：Inmarsat船站B、M、Mini-M、F

InmarsatC1.Inmarsat天線的基本類型五、船舶常用的衛(wèi)星天線C系統(tǒng)全向天線（ａ）拋物面天線（ｂ）相控陣天線B/F系統(tǒng)定向天線F系統(tǒng)移動(dòng)站分類2.天線控制系統(tǒng)的作用及補(bǔ)償方法①作用：②方法：3.補(bǔ)償機(jī)理（2）水平平面（AZ軸）：（3）垂直平面（EL軸）：（1）控制平臺(tái)（X軸,Y軸）：方位角控制，由天線自動(dòng)跟蹤電路控制補(bǔ)償天線指向誤差在建立有自由度的軸補(bǔ)償船舶縱、橫搖擺由陀螺儀控制平臺(tái)Y軸(±10o)X軸(±30o)船首AZ軸(00±270o)EL軸(5o±90o)仰角運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)償位置變化控制平臺(tái)上兩個(gè)平面運(yùn)動(dòng)4、Az軸控制天線的自動(dòng)回繞當(dāng)θAZ=θh+θa時(shí)天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星通常規(guī)定天線相對(duì)航首方向旋轉(zhuǎn)極限角度為±250o超過(guò)該范圍自動(dòng)回繞360o1）幾個(gè)角度的關(guān)系衛(wèi)星方位角θAZ天線方位角θa航向角θhN正北航首方向天線方向250oθAZθhθa天線方向衛(wèi)星方向①②2）天線自動(dòng)跟蹤控制（1）天線跟蹤方法A

●

B

●

C

●

D

●

E

●

F●

天線角度對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星接收電平用機(jī)械方法驅(qū)動(dòng)天線使波束指向衛(wèi)星（系統(tǒng)包括穩(wěn)定平臺(tái)，常采用步進(jìn)跟蹤控制）通過(guò)電子控制改變天線波束方向跟蹤衛(wèi)星③步進(jìn)跟蹤法工作原理設(shè)：初始電平為A，天線由A→B；

B>A電平，步進(jìn)方向不變→C；

C>B電平，→步進(jìn)到D；

D電平<C電平，→反方向步進(jìn)，最后穩(wěn)定在B、C、D三點(diǎn)。以接收NCSTDM信號(hào)電平最大為原則，驅(qū)動(dòng)天線①機(jī)械跟蹤：②電子跟蹤：注：圖片1：機(jī)械跟蹤天線——常用拋物面天線注意：要有伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖片2：電子跟蹤天線——常用相控陣天線注意：通過(guò)改變移相器的相移值，控制天線波束方向來(lái)跟蹤衛(wèi)星1F系統(tǒng)主要特點(diǎn)及分類衛(wèi)星全球波束工作和點(diǎn)波束工作采用“增強(qiáng)點(diǎn)波束選擇”機(jī)制；LES和MES有不同的EIRP采用“根據(jù)信號(hào)質(zhì)量控制發(fā)射功率”的先進(jìn)方式；通信接口豐富且符合國(guó)際規(guī)范；通信網(wǎng)互連互通可直接接入PSTN、ISDN網(wǎng)與國(guó)際互連網(wǎng)/局域網(wǎng)連通；滿足IMOGMDSS新要求可實(shí)現(xiàn)NCS、LES、MES之間分層優(yōu)先級(jí)呼叫；MES具有定位系統(tǒng)。

1）主要特點(diǎn)

六、F系統(tǒng)及其應(yīng)用①②③④⑤⑥分類衛(wèi)星覆蓋GMDSS要求備注F77全球波束、點(diǎn)波束滿足IMOResolutionA.888(21)

語(yǔ)音優(yōu)先F55全球波束低質(zhì)話音、點(diǎn)波束數(shù)據(jù)/傳真不滿足GMDSS要求（不能進(jìn)行遇險(xiǎn)報(bào)警及遇險(xiǎn)通信）F33同上同上不具有G4傳真2）F系統(tǒng)船站分類及其區(qū)別2F系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)

1）通信業(yè)務(wù)種類

電話傳真數(shù)據(jù)低質(zhì)量電話（4.8kbps）高質(zhì)量電話（64kbps）G3傳真機(jī)（9.6kbps或14.4kbps）G4傳真機(jī)（64kbps）ISDN業(yè)務(wù)（64kbps）MPDS

業(yè)務(wù)（最高64kbps，一般是20kbps）2）ISDN和MPDS（1）綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)能夠提供端到端的數(shù)字連接，支持電話、傳真、圖文及數(shù)據(jù)等多種電信業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)。InmISDN業(yè)務(wù)只支持的業(yè)務(wù)ISDNIntegratedServiceDigitalNetwork①基本功能②基于Inmarsat的ISDN即2B+D標(biāo)準(zhǔn)化通道組合，每個(gè)數(shù)據(jù)信道B64Kbps，信令信道D16Kbps先物理連接，再傳送數(shù)據(jù)基本速率電路交換在電話通信中，由于講話雙方總是一個(gè)在說(shuō)，一個(gè)在聽(tīng)，因此電路空閑時(shí)間占大約50%。電路交換缺點(diǎn)：2）ISDN和MPDS①（2）移動(dòng)包交換MPDSMobilePackageDataService基本功能數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分包11010011101?

???????00101001110報(bào)文發(fā)送端首部分包數(shù)據(jù)首部分包首部數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)送發(fā)送在前發(fā)送接收端數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)首部11010011101?

???????00101001110數(shù)據(jù)分組分組從A傳送到B的過(guò)程②基本功能各組自行選擇線路傳送網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)路由器路由器路由器路由器路由器路由器AB查找路由表目的地下一跳路由器3）InmarsatISDN和MPDS業(yè)務(wù)比較MPDS信道地面站用戶1MPDSSES1InternetSESNLANISPWEB-siteSES2適用于大數(shù)據(jù)量傳輸如，圖片、音像文件、電視會(huì)議等特點(diǎn)：特點(diǎn)：適用于小數(shù)據(jù)量傳輸如，網(wǎng)絡(luò)瀏覽、航海信息獲取 和更新等ISDN業(yè)務(wù)MPDS業(yè)務(wù)專用信道信道共享信道帶寬固定（64kbps）

傳輸速率有保障信道帶寬與某時(shí)刻用戶數(shù)量有關(guān)用戶多時(shí)傳輸速率下降按時(shí)間計(jì)費(fèi)按信息流量計(jì)費(fèi)用戶ISDNSESISDN信道地面站3F船站外設(shè)及其連接路由器G3RJ-11RJ-4564Kbit/s3.1KHz音頻G44船舶局域網(wǎng)與公司局域網(wǎng)的連接LAN適配器陸地用戶LESISDN網(wǎng)路由器船舶局域網(wǎng)Inm衛(wèi)星網(wǎng)陸地電信網(wǎng)F77路由器移動(dòng)用戶船舶局域網(wǎng)RJ-455F77的應(yīng)用電話（或傳真）常規(guī)通信；遇險(xiǎn)通信；圖文傳輸；瀏覽互聯(lián)網(wǎng)，獲取各類網(wǎng)上信息（如，氣象信息、電子海圖、港口和備品供應(yīng)信息等；電子郵件傳遞；機(jī)艙、航行設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；遠(yuǎn)程醫(yī)療（遠(yuǎn)程教育、培訓(xùn)；網(wǎng)上銀行、網(wǎng)上采購(gòu)。①②③④⑤⑥⑦⑧6Inmarsat-B/F業(yè)務(wù)撥號(hào)方式1）電話／傳真通信：船至岸00+電話國(guó)家碼＋地區(qū)碼＋用戶電話/傳真號(hào)碼＋＃船至船00+電話洋區(qū)碼＋船站電話/傳真號(hào)碼＋＃2）電傳（B站）：船至岸00+電傳國(guó)家碼＋用戶電傳碼＋結(jié)束符“+”船至船00+電傳洋區(qū)碼＋船站電傳號(hào)碼＋結(jié)束符“+”

北京岸站91年正式運(yùn)轉(zhuǎn)，由“北京船舶通信導(dǎo)航公司”運(yùn)營(yíng)和管理；目前已開(kāi)通Inmarsat-B、C/Mini-C、M、Mini-M、M4、F系統(tǒng)業(yè)務(wù)。北京地面站接入代碼7北京地面站及其Inmarsat系統(tǒng)業(yè)務(wù)簡(jiǎn)介（1）（2）（3）中國(guó)Inmarsat

岸站接入碼C系統(tǒng)通過(guò)法國(guó)岸站（121/021）接續(xù)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信；北京地面站法國(guó)★★★北京虛擬站北京虛擬站北京地面站虛擬站七、海事衛(wèi)星寬帶系統(tǒng)及業(yè)務(wù)簡(jiǎn)介1簡(jiǎn)介：依托Inmarsat四代星的通信系統(tǒng)。2005年3月Inmarsat發(fā)射第一顆衛(wèi)星，2009年2月25日全面運(yùn)營(yíng)。共三個(gè)洋區(qū)。BGAN衛(wèi)星覆蓋圖2海事衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖SAS網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)Inmarsat總部SCCNOCBSSI-4衛(wèi)星SBBGANFBIP網(wǎng)共享/專用信道陸地公網(wǎng)傳統(tǒng)的電路交換GSM網(wǎng)SatelliteControlCentre

NetworkOperationCenterBusinessSupportSystems，支持系統(tǒng)：用戶管理、呼叫記錄的發(fā)布和業(yè)務(wù)賬單。SatelliteAccessStations，寬帶業(yè)務(wù)衛(wèi)星接續(xù)站，承擔(dān)各種網(wǎng)絡(luò)的接入。荷蘭的Burum意大利的Fucino3海事衛(wèi)星寬帶業(yè)務(wù)類型