应急救灾中的国际卫星移动通信

应急救灾中的国际卫星移动通信吴宁（西南电子电讯技术研究所）摘要：维持通信畅通是应急救灾的重要任务，卫星移动通信是通信畅通的有力保证。海事卫星移动通信系统是全球卫星移动通信的成功代表，并在汶川地震中首先建立了与外界的通联。本文主要论述海事卫星移动通信的应用发展、通信制式、主要缺陷和发展趋势。在紧急或灾害情况下，维持通信的畅通是应急救灾的重要保证。但在严重灾害时， 例如今年的四川汶川地震，大量通信设施遭受严重破坏，致使通信特别是长途通信全部 中断，给抢险救灾造成很大影响。但是武警和解放军徒步赶至映秀、汶川，用可以随身 背负的轻便海事卫星通信终端与部队建立了通信联系，对当时的抗震救灾起了重要作用。20多年来海事卫星通信（早已更名为国际移动卫星通信）已经在全世界的应急通信中发 挥了重要作用，有时是不可替代的作用，在这一次的汶川地震救灾中又发挥了突出的作 用。一海事卫星移动通信的应用发展国际海事卫星（INMARSAT组织于1979年正式宣告成立，它是利用同步轨道卫星经营全球卫星移动通信业务的商业性国际组织。直接成员国89个，总部在伦敦。 开始是租用卫星进行以全球海事移动卫星业务为主的运营工作，后来自己发射卫星运营，至今已 经历了四代。INMARSAT第一代于1982年投入使用，共租用9颗卫星，寿命至 1995年。第二代于1990年投入使用，共 4颗卫星，寿命到 2002年。第三代位卫星 INMARSAT-3于1996年 开始陆续发射使用，共有9颗卫星在线运行，寿命至 2013年。2005年INMARSAT开始发射第四代卫星， 它用3颗大功率同步卫星覆盖全球。目前大量使用的是第三代海事卫星，第四代在全世界也已经有了不少使用。海事卫星通信是全球卫星移动通信的成功代表，并在当时铱星破产、卫星移动通信 严重受挫的年代，它几乎成了国际卫星移动通信的唯一代表，所以1995年顺理成章地将海事卫星更名为国际移动通信卫星，但由于许多系统设备都冠以INMARSAT所以我们仍然习惯地称它为海事卫星。1999年国际海事卫星组织变革为国际商业公司，全面提供海事、航空、陆地移动卫 星通信和信息服务，是船舶遇险安全通信的主要支持系统，并承担陆地应急通信和灾害救助通信。海事卫星系统有非常成功的定位，它不与地面蜂窝网直接竞争，而是作为地面移动网的一个补充以求其共同发展。因此，海事卫星系统不但在航空通信领域占据了独一无 二的优势地位，而且在陆地的应急战备、抢险救灾、野外作业等领域享有盛名。所以 INMARSAT具有广泛的使用范围，随着技术的进步，应用需求还在扩大。从1991年起，我国先后在北京建成各类海事地面站10座，直接覆盖印度洋和太平洋地区，并通过虚拟站间接覆盖大西洋东西区，构成全球覆盖。现在国内使用遍布国内 各行各业，主要使用第三代，已有6000多个用户，但四代用户目前还很少。二.海事卫星移动通信系统的制式1使用频率INMARSAT采用L波段和C波段，INMARSAT二代使用的频带是：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。INMARSAT有海上移动终端(简称M)、陆上移动终端(简称 L)、航空移动终端(简称A),以及用于灾难告警的NSS,它们分别被划分了规定的频率范围：L 频段：1530- ( M,L) -1533 - ( M) -1544- ( MSS -1545 - ( A) -1548 MHzC 频段：3600-(M)-3605-(M,L)-3608-(M)-3619-(MSS)-3620-(A)-3623 MHz。INMARSAT三代使用的L和C波段频段略有加宽：L 波段，下行 1525 1559MHz,上行 1626.5 1660.5 MHz。C 波段，下行 3599 3629MHz,上行 6424 6454 MHz。2.七种传输标准INMARSAT已经使用了 20对年，随着使用范围的扩大和应用的发展，先后发展应用了 A B、C、M Mini-M、Aero、F 等七种标准。A标准：1982年开始使用。信道间隔50/25KHZ,采用FM调制，传输模拟话音和传真。 后被B标准替代。B 标准：1992年开始使用。信道间隔20KHz,采用QPSK调制，传输16Kbps的压缩话音、9.6Kbps的传真和数据。Aero标准：1990年开始使用。信道间隔17.5KHz,采用QPSK调制，传输9.6Kbps的压缩话音、2.4/4.8Kbps 传真、19.6Kbps数据。主要用于空中交通管制和航空公司乘客。C 标准：1991年使用。信道间隔 5KHz,采用BPSK调制，补充 A标准，不传话音，只传0.6/1.2 Kbps的存储转发数据。M标准：1993年开始使用，很快又推出了广泛使用的Mini-M标准。Mini-M 标准：使用点波束，传送 4.8Kbps声码话、2.4Kbps的G3传真和2.4kbps数据。Mini - m终端更轻巧，如目前使用的便携式海事卫星电话：天线和话机折叠运输 尺寸为 H=57mm,W=260mm,D=260mm 话机尺寸为 H=44mm,W=235mm,D=190mm含电池重量 仅1.4kg 。被叫免费，主叫话费为：我国国内2.3美元/分钟，国内和国际3美元/分钟, 国际间4.6美元/分钟，且都可以人民币支付。F标准：频道间隔 40KHz,用16QAMI调制并采用 Turbo纠错编码，因此有很好的误码 性能。信号是无头无尾的全突发，传输64Kbps速率的电话和双向数据。F和Mini-M 标准是目前广泛应用的标准。3 信令规程海事系统早期使用的通信信令是由过去的国际电话电报咨询委员会CCITT制定的“海事卫星通信信令”(Q.1100-Q.1152 )，这是国际电联制订的一套相当成功的信令建议，建议中不仅建议了信令规约，而且还建议了整个海事卫星的传输体制。三代以前虽然有了很多改进， 但它一直是INMARSAT通信信令的基础。 直到第四代， 为了更好的与地面蜂 窝移动通信系统联接，海事卫星系统的信令才有了较大的改变。三海事卫星移动通信的主要缺陷卫星的运行轨道分地球同步轨道、非地球同步轨道。非地球同步轨道一般为椭圆轨道，按距地球的高度将椭圆轨道分高、中、低三类：轨道高度大于同步卫星高度(36000km)的称高椭圆轨道、500010000公里高度的称中椭圆轨道、5005000公里高度的称低椭圆轨道。Inmarsat 和亚星(Aces)是地球同步轨道卫星，前苏联的闪电(Molnyia )是高椭圆轨道卫星，全球星(Globalstar )和铱星(Iridium )是低椭圆轨道卫星。各种轨道卫星都有其特点，铱星和全球星系统“低轨”的固有特点是：星地距离小、轨道资源丰富。按说铱星和全球星系统“低轨”的固有特点理应在全球个人移动通信中扮演重要角色，但是由于种种原因，它们都曾遭遇了致命的挫折。2000年铱星公司宣布破产保护，后在美国政府特别是美国军方的有力支持下重新运营，传输2.4/4.8Kbps 话音和2.4Kb数据。用户已从 2001年的2万户增加到超过十万户，我国也有使用。全球 星经营公司也曾于 2002年申请破产保护，2004年由美国的 THERMOCAPITAL公司完成重组。系统传输速率 9.6-144Kbps，现有用户约10万。2006年在北京重新开通运营，由于 目前只有1个地面通信关口站，所以服务范围仅覆盖我国大陆的60%左右。同步轨道卫星技术成熟，所以海事系统一直健全发展，成了全球卫星移动通信的佼佼者。但是相对铱星和全球星系统，海事系统也有明显的不足：星地之间距离 36000km,单向传输时延就达250ms；并且海事系统的移动用户与移动用户之间通联还需卫星“双跳”完成，时延更大。因此回声抑制难度大、费用高。星地之间距离远还使链路信号损耗大，空间段设备、地面终端都价格较贵、体积较大、有一定重量，目前话音终端虽可以便携但还不能是手持机。相对LEO轨道资源丰富，Inmarsat是占用同步轨道，轨道资源相对紧张。由于Inmarsat是地球同步轨道卫星，所以在南、北极地都有不能覆盖的盲区，而铱星系统却能在南、北极地完成通联。目前通信容量还不大。以现INMARSAT-3 个点波束约可覆盖100个铱星系统小波束计算，INMARSAT一个点波束大区内能容纳的话音信道大约只有铱星系统的三分之一。原有的不足和发展的新需求就是海事今后改进发展的目标。四海事卫星移动通信的发展趋势为了克服上述缺陷，增加覆盖、减小手持机，INMARSAT曾经提出过中圆轨道（ICO）卫星系统INMARSAT- P计划，但是第四代INMARSAT的发射和应用表明了它继续按静止轨 道发展的意向。INMARSAT-4有1个全球波束、19个宽波束、228窄点波束，信息速率提 高到492Kbps。另外解决减小终端也是发展INMARSAT移动电话的重要课题。 现在Inmarsat已经迈出了两个发展的大步，即发展四代BGAN希望卫星移动高速多媒体成为可能；收购亚星，减小手持机。1.海事卫星通信正在重点发展四代BGAN目前第四代海事卫星通信主要是发展BGAN（宽带全球区域网络），BGAN各在欧洲、非洲、中东、亚洲、北美洲和南美洲投入使用，希望对全球绝大多数的陆地面积提供无 缝隙网络覆盖。BGAN业务适用海陆空多种移动载体，能够在地球的各个角落短短几分钟 内建立起一个宽带移动办公室，同时为多个用户提供话音以及速率492Kbps的共享IP、256Kbps独享IP的移动宽带服务。在发生灾害时，BGAN可以独立于地面固定和移动电话 网络.建立固定或流动指挥所，支持个人和多种用户在不同的反应环境下通过BGAN相互沟通。BGAN是真正便携的用户终端，终端站小巧轻便，目前市场提供了不同的四款终端，重量在12.2公斤间，最大的如 A4纸大小，适合各种专业和商务用户；最小的只有 PDA大小，特别适合商务旅行者。BGAN具备 WLAN蓝牙、LAN、USB ISDN和电话、传真等各种通信接口，提供简单 的人机操作界面适用于多种操作系统及各种数据传输软件，与全球各大通信运营商互联互通，未来将与3G网络通用。其高效的宽带能力和基于IP网络的交换体制将会为海事、航空以及陆地偏远地区移动信息化带来革命性的变革。2收购亚星加速进入卫星手机市场“亚洲蜂窝卫星”（Aces）系统是世界第一个区域卫星移动通信系统，由印尼PSN.Laguan有限公司、泰国 Jasmine和菲律宾 Cellular 公司共同发起组建。Aces采用地球静止轨道卫星，1号星Garuda-1于2000年2月发射成功，覆盖东南亚和中国，可向用 户提供双模的话音、传真、数据以及区域性漫游等服务。星上共有140个L波段点波束（覆盖中国大陆大约需要45个点波束）。系统采用了 7小区频率复用模型，通信机制采用了地面 GSM模式的变种。现有用户近10万，主要分布在东南亚，我国也有一些用户。2006年9月4日，Inmarsat与ACeS正式签署协议，收购了亚星。Inmarsat公司入主亚星后，将改造亚星的网络，并将其融合进In marsat网络体系。In marsat准备两年花费大约四千万到四千五百万美元，用于地面基础设施和ACeS R190卫星电话的研发与现代化。首先是双方合作提供廉价手持和固定语音服务，最初服务将会在亚洲地区提 供，并争取在两年内提供In marsat全球手持设备服务。海事星、铱星和全球星卫星移动通信系统都不需要大型的固定设施，用户终端都能 随身携带，一般不会受到各种灾害的摧毁，所以都能够在应急救灾中发挥重要作用。国 际电联每年都在研究全球和地区的应急通信，我们在计划、建设应急通信系统时也应该 充分考虑利用卫星移动通信。特别是海事卫星移动通信系统，因为它应用最广、发展最 快、潜力最大。尤其是海事四代的普遍使用，将会为海事、航空以及陆地偏远地区移动 信息化带来革命性的变革，更会在今后的应急通信抢险救灾中，In marsat必将发挥更重要的作用。