船载卫星通信系统解决方案

船载卫星通信系统解决方案

2010年5月12日

摘要：本文阐述了船载卫星通信系统在海事搜救中的解决方案和实际应用。

关键词：船载动中通天线；卫星通信技术

我国是国际航运大国，拥有辽阔的海域。1985年我国加入《1979年国际海上搜寻救助公约》。交通运输部在构筑和谐社会的新形势下，提出了将海事搜救建成“全方位覆盖、全天候运行、快速反应的水上安全保障体系，对发生在我国搜救责任区内的海上险情实施快速有效救助”的总体目标。

实现海上搜救的信息化、可视化、自动化已经是大势所趋，现代卫星移动通信技术的发展和应用，为实现这一目标提供了可靠技术保障。船载卫星通信系统的应用有效地保障了海上搜救中信息的传输。

文中详细阐述了海事搜救中对船载卫星通信系统的需求、解决方案和实际应用。通过最新的移动卫星通信技术，从根本上解决海事搜救通信中实时图像、语音、数据的传输问题。

根据海事搜救的特点，将海事搜救实时通信指挥系统的需求归纳如下：实时图像传输，即将搜救船上摄像机采集的现场图像实时传回指挥中心；建立搜救船与指挥中心的视频会议系统；建立搜救船与指挥中心的语音通话系统，实现电话、传真等功能；建立搜救船上局域网与指挥中心局域网互联，实现移动办公和现场指挥；建立搜救船上Internet接入，便于搜救时收发邮件和查找资料。

根据以上需求，提出采用基于全网IP的LinkStar高速卫星通信网络的船载卫星通信系统解决方案。

一、船载卫星通信系统链路解决方案

船载卫星通信系统链路包含以下几个部分：船载卫星动中通天线、卫星通信系统、卫星

地面站、指挥中心的通信专线或指挥中心远端卫星接收站等，其卫星通信系统链路原理如图1所示。

船载卫星动中通天线与通信卫星进行通信，通信卫星与卫星地面站进行通信，卫星地面站与指挥中心的专线，或通过与指挥中心远端卫星端站进行通信，从而实现搜救船与指挥中心的卫星通信。

船载卫星动中通天线是实现船岸通信的最重要组成部件，需要保证船在航行过程中克服船的横摇、纵摇以及上下起伏，保持与通信卫星的稳定通信。

因此，船载卫星动中通天线的选择首先要保证的是在复杂的航行条件下天线能稳定地跟踪通信卫星。其次是它的通信能力，天线的通信设备要能支持较高通信带宽。第三，安装方便。对于海事局60米巡逻船而言，船上能提供的船载天线安装空间有限，因此安装方便非常重要。

在本文所述的解决方案中，选择的是以色列Orbit Orsat(AL-7103MKⅡ)船载动中通卫星天线，如图2所示：

Orsat(AL-7103MKⅡ)船载动中通卫星天线的特点：自动跟踪精度高，可实现通信带宽上行2Mbps，下行4Mbps，是目前满足此通信带宽的最小尺寸动中通卫星天线。尺寸小，卫星天线尺寸1.15m，最大外罩直径1.27m，高1.6m，安装非常方便。

本方案推荐采用的卫星通信系统是美国ViaSat公司的LinkStar系统，具有先进的网状结构，如图3所示。

LinkStar是一个可升级、高性能的互联网协议（IP）终端，能够提供宽带卫星的前向信道和返回信道。其系统特点是：可动态带宽分配，系统可根据用户的需要自行分配带宽；提供比其他TDMA系统更高的利用率和数据传输速率；标准的DVB-S+TurboCoding编码，可

以更有效地利用空间带宽；基于DVB的构架，可以提供标准的IP数据网络；简单的基于Web 的网管系统，具有先进的网关结构；Linkstar基带设备功能强大、操作方便、连接简易、体积小。

相对于其它的卫星网络产品，LinkStar返回信道卫星终端（RCST）采用了更加有效的编码技术，用户可以通过返回链路传输更多的数据。利用TCP加速性能、“请求即与带宽（BoD）”特性及“永远在线”的连接特性可为用户端提供更加高效的吞吐量。RCST最高接收速率为60Msps(QPSK)，最高发送速率为2.5Msps。TCP加速处理器安装在RCST软件中，每个RCST的最大合成的TCP传输速率为10Mbps。根据卫星链路的不同要求，LinkStar RCST 的天线尺寸可以选择1.15～3米，可以选择2～8WKu波段功率放大器。

本方案采用的通信卫星的选择原则是，满足覆盖中国海域100海里范围内，信号强度支持搜救船与指挥中心双向2Mbps通信速率。目前可以选择的通信卫星有亚洲三号、亚洲四号、亚太五号、亚太六号等。

卫星通信的频段选择，C频段(4~6GHz)卫星通信覆盖面广，抗雨衰能力强，卫星接收天线尺寸较大，建设成本高，一般用于远洋航行船舶的卫星通信。Ku频段(10~14GHz)卫星通信覆盖中国沿海区域，与地面网的干扰较小，卫星接收天线尺寸小，安装方便，但抗雨衰能力弱，在方案设计中要充分考虑到雨衰的信号冗余。在本解决方案中的具体应用主要考虑在中国沿海区域，考虑到建设成本和安装方便等综合因素，选用工作在Ku频段。

根据国家信息产业部《信产36号令》附录七要求，卫星通信链路的可用度应达到99.5%的电信级链路标准。根据该系统选用船载卫星天线1.15米口径，KU波段，8W功放，北京卫星主站6.2米天线，200W功放，亚3#卫星，2Mbps用户码流速率，计算出卫星链路的余量为：

城市北京上海大连海口台北

留余量 6.1db 6.75db 2.85db 5.1db 5.1db

因此天线选择1.15米口径完全满足传输2M带宽要求。

二、船载卫星通信应用系统解决方案

船载卫星通信应用系统解决方案包括高清晰度视频传输、高清晰度视频会议、话音和数据传输等。

船载卫星通信应用系统要与海事局已建应用系统紧密结合，即通过船载卫星通信系统将海事局已建应用系统延伸到船上去，形成一个完整的搜救指挥调度系统。海事局已建应用系统有中国海事数字电视监控系统，高清晰度视频会议系统等，下面对船载卫星通信应用系统的建设方案阐述如下：

船上视频监控系统应作为中国海事电视监控系统的一部分，可以将船上实时图像通过宽带卫星链路传到海事局指挥中心，并接入到中国海事电视监控系统统一平台中。实现指挥中心可以对船载摄像机进行选择主动监视和控制，并且当选择监控一路视频时，可传输D1质量图像（分辨率704×576），选择监控多路视频时，自动传输CIF质量图像（分辨率352×288），图像存储按D1格式（分辨率704×576）。即船上视频监控系统应满足《海事电视监控系统技术要求（试行）》。

本解决方案采用非常成熟的中国海事数字电视监控系统技术来实现,在此不作详细探讨。

船上安装视频会议终端，通过卫星IP通信链路，与指挥中心高清晰度视频会议系统的MCU进行通信，可以实现船与指挥中心召开视频会议。

船上IP话音通信系统，可在船上设四部IP电话,其音频和传真信息经过船上VoIP网关数字化压缩编码后，通过卫星IP通信链路，经指挥中心VoIP网关解压并转换成模拟信号后直接接入指挥中心话音交换机，船上四部IP电话作为指挥中心话音交换机的分机，可以通过指挥中心话音交换机直拨本地和长途电话。而指挥中心可以通过话音交换机与船上直接进行话音通信。因船载卫星通信链路是IP接入，因此可以直接与指挥中心网络实现数据通信，即可实现船与岸的数据交换。在船上可以实现网上办公、船舶数据库查询、及时的事故报告、文字和图片等。