《GMDSS綜合業(yè)務(wù)》第09章 Inmarsat F系統(tǒng)及其船舶地球站

GMDSS綜合業(yè)務(wù)第九章InmarsatF系統(tǒng)及其船舶地球站

第九章INMARSAT-F系統(tǒng)及其船站

一、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2/125一、F系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及信道1、系統(tǒng)發(fā)展歷程Inmarsat-B系統(tǒng)1993年1993年M系統(tǒng)簡(jiǎn)化掉電傳

1997年Mini-M改為點(diǎn)波束工作方式2000年M4系統(tǒng)（多媒體Mini-M系統(tǒng)）2002年多媒體Mini-M（即F系統(tǒng)）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)用戶常規(guī)通信。海用型唯一一個(gè)與四代衛(wèi)星點(diǎn)波束的技術(shù)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3/1252、F系統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)種類(lèi)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)64Kbit/s高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)B系統(tǒng)可選F系統(tǒng)必備僅限于B站4/1253、主要特點(diǎn)（3）f發(fā)-f收≠常數(shù)，減少了互調(diào)干擾（2）功率控制方法不同（1）衛(wèi)星全球波束和點(diǎn)波束工作，但點(diǎn)波束控制方式各有不同。（4）子帶信令信道控制與ISDN網(wǎng)完全兼容，可直接接入ISDN網(wǎng)SCPC信道中每一個(gè)時(shí)隙都包含信息和信令兩部分，其中的信令就稱(chēng)為子帶信令。5/1254、信道結(jié)構(gòu)（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LESNCSSESTDM信道信令信道TDMA信道TDM信道信令信道TDMA信道數(shù)據(jù)信道話音信道TDM信道TDM信道6/125（2）信道的功能LESNCSSESNCS

TDM

信

道LES

TDM

信

道

TDM信道：NCSTDM和LESTDMB：2，F(xiàn)：4

公共信道分配信道點(diǎn)波束信道洋區(qū)注冊(cè)確認(rèn)信道NCS至LES的站際信道分配信道電傳信道（僅限于B系統(tǒng)）LES至NCS的站際信道空閑時(shí)自動(dòng)守聽(tīng)NCS公共TDM信道船岸建立通信鏈路后，守聽(tīng)岸站TDM信道發(fā)布岸至船的呼叫通告、布告板信息及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息

7/125LESNCSSES船至岸

信令信道信令信道：兩種信令信道都包括：申請(qǐng)信道、呼叫確認(rèn)信道、洋區(qū)注冊(cè)信道。

船至NCS信令信道信令信道采用突發(fā)形式發(fā)射

使用時(shí)不會(huì)中斷公共TDM載波的接收。

移動(dòng)站開(kāi)機(jī)后會(huì)自動(dòng)進(jìn)行洋區(qū)注冊(cè)，

轉(zhuǎn)換洋區(qū)會(huì)自動(dòng)重新注冊(cè)。

移動(dòng)站斷電，洋區(qū)注冊(cè)解除。注：8/125LESNCSSESTDMA

信

道TDMA信道：移動(dòng)站響應(yīng)信道

TDMA信

道B系統(tǒng)電傳信道B系統(tǒng)岸至移動(dòng)站的電傳信息經(jīng)LESTDM信道傳送；

移動(dòng)站至岸的電傳信息經(jīng)SESTDMA信道傳送

注：9/125LESNCSSES話音信道話音信道和數(shù)據(jù)信道：數(shù)據(jù)信道雙向信道用于傳送電話和話音波段的數(shù)據(jù)雙向信道分低速和高速數(shù)據(jù)信道10/125LES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11/125二、系統(tǒng)接續(xù)控制SCPC信道模式控制

B/F數(shù)據(jù)和話音信道均屬SCPC信道，由NCS按需分配。信息按幀傳送，每幀的頭部都有獨(dú)特字UW，通過(guò)設(shè)置獨(dú)特字來(lái)實(shí)現(xiàn)SCPC信道模式的識(shí)別。規(guī)定：UW1～UW4：用于語(yǔ)音和低速數(shù)據(jù)模式UW5：用于帶內(nèi)信令模式UW6：用于64Kbit/s數(shù)據(jù)模式UW7：用于64Kbit/s信道帶內(nèi)信令模式12/1251、點(diǎn)波束控制（1）B船站：B船站NCS存儲(chǔ)最好點(diǎn)波束采用點(diǎn)波束標(biāo)識(shí)載波掃描法三代星63個(gè)寬點(diǎn)波束

B/F系統(tǒng)信息信道可使用全球波束和點(diǎn)波束，LES和NCS根據(jù)MES申請(qǐng)時(shí)提供的地理位置和信號(hào)強(qiáng)度，按點(diǎn)波束優(yōu)先的原則為其分配點(diǎn)波束或全球波束。信令信道均使用全球波束。二、系統(tǒng)接續(xù)控制最佳點(diǎn)波束的選擇：在TDM幀的點(diǎn)波束信道上連續(xù)發(fā)射點(diǎn)波束及全球波束識(shí)別載波規(guī)定掃描間隔8小時(shí)。用15分鐘完成63個(gè)寬點(diǎn)波束識(shí)別的掃描申請(qǐng)或響應(yīng)信道時(shí)將之告訴LES或NCS13/125（2）F船站：采用增強(qiáng)點(diǎn)波束選擇法四代星253個(gè)窄點(diǎn)波束由用戶選擇：

船站有GPS，自動(dòng)根據(jù)船位及點(diǎn)波束圖，選擇點(diǎn)波束ID，呼叫時(shí)通過(guò)“申請(qǐng)”傳遞給NCS由其分配。二種點(diǎn)波束選擇方法：由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站選擇：

NCS根據(jù)船站提供的位置和點(diǎn)波束圖，來(lái)確定點(diǎn)波束ID。布告板增加了點(diǎn)波束地圖移動(dòng)站含有定位系統(tǒng)布告板點(diǎn)波束地圖位置信息系統(tǒng)（內(nèi)置GPS）14/125（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)將之告于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根據(jù)位置和點(diǎn)波束圖提供點(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15/1252、功率控制功率控制目的：控制機(jī)制：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（用最小的功率達(dá)到最好的通信效果）通過(guò)信號(hào)質(zhì)量控制LES和SES功率②F系統(tǒng)根據(jù)SES天線仰角參數(shù)控制LES功率根據(jù)業(yè)務(wù)種類(lèi)和工作衛(wèi)星控制SES功率①B系統(tǒng)一旦選定，通信中不再修改！和B一樣取決于信號(hào)載噪比480ms測(cè)量一次LES/SES功率=初始功率設(shè)置調(diào)整功率值+16/125(1)B系統(tǒng)：船→岸岸→船3、優(yōu)先權(quán)控制方向可實(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)優(yōu)先級(jí)別的廣播通信無(wú)法實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)別的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信優(yōu)先權(quán)搶占：信道忙時(shí)，系統(tǒng)按優(yōu)先級(jí)別實(shí)施信道分配和使用。17/125（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(lèi)話音優(yōu)先于數(shù)據(jù)（看做常規(guī)）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1999年IMO規(guī)定：新開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)應(yīng)在MES、LES、NCS中加入優(yōu)先權(quán)控制功能。注意：岸發(fā)起的遇險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)別呼叫必須經(jīng)RCC授權(quán)。F系統(tǒng)是目前唯一一個(gè)滿足GMDSS新標(biāo)準(zhǔn)要求的系統(tǒng)。18/125①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。F系統(tǒng)優(yōu)先權(quán)搶占功能（信道、MES優(yōu)先權(quán)控制）19/125SESNCSLES①④②①

SES通過(guò)信令信道向LES發(fā)出通信申請(qǐng)，并繼續(xù)守聽(tīng)

NCSTDM信道。

②LES向NCS提出話音信道

分配申請(qǐng)。

③NCS通過(guò)其TDM信道分別向LES及SES分配信道。③1、F站船岸電話信道建立過(guò)程④LES與SES轉(zhuǎn)換頻率“握手”、船站撥號(hào)、建立電話/傳真信道

20/125三、系統(tǒng)通信接續(xù)過(guò)程2、F站船至岸數(shù)據(jù)通信的接續(xù)Inmarsat數(shù)據(jù)通信模式：分組交換模式：信息打包、分組傳輸電路交換模式：建立物理鏈路、按需分配同步工作方式異步工作方式收發(fā)雙發(fā)的時(shí)鐘一致應(yīng)用于InmarsatF系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（64Kbit/s）使用ISDN網(wǎng)接入設(shè)備收發(fā)雙發(fā)的時(shí)鐘不一致數(shù)據(jù)傳輸以字符為單位應(yīng)用于InmarsatF系統(tǒng)的低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（9.6Kbit/s）使用PSTN網(wǎng)接入設(shè)備21/1253、F系統(tǒng)船至岸數(shù)據(jù)通信的接續(xù)ModemISPInternetISDNMPDSPSTNCESSESISPISP：為業(yè)務(wù)信息提供商虛線表示B站無(wú)，F(xiàn)站有的功能22/125

說(shuō)明：船至岸有兩種撥號(hào)方式：

①經(jīng)岸站直接撥陸地用戶數(shù)字終端設(shè)備號(hào)碼。如：

00

86

10125294321。

②經(jīng)岸站撥接入點(diǎn)號(hào)碼，通過(guò)ISP接入或通過(guò)岸站專(zhuān)用服務(wù)號(hào)碼接入。該方式主要用于Internet接入。如：通過(guò)中國(guó)北京的服務(wù)商，撥00

86

10

16900

號(hào)碼

進(jìn)行Internet連接；

或通過(guò)中國(guó)北京岸站互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)用接入碼，撥61

號(hào)碼進(jìn)行Internet連接。23/125電路交換模式數(shù)據(jù)通信接續(xù)過(guò)程①船舶用戶向岸站提出數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)申請(qǐng)；

②岸站收到申請(qǐng)后向網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站申請(qǐng)信道分配；

③網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站分別向岸站、船站分配SCPC

數(shù)據(jù)通信信道；

④船岸間信令交換、地址交換，進(jìn)入相應(yīng)的陸地

網(wǎng)，信道建立。24/125分組交換模式數(shù)據(jù)通信接續(xù)過(guò)程①船舶用戶向MPDS業(yè)務(wù)岸站提出業(yè)務(wù)申請(qǐng)；

②岸站將收到的申請(qǐng)信息發(fā)送給區(qū)域地面站

（RLES），負(fù)責(zé)通信狀態(tài)記錄；

③同時(shí)，岸站將申請(qǐng)信息發(fā)送給主地面站

（HLES），負(fù)責(zé)賬單管理；

該模式僅適用于F站25/1254、船→船通信接續(xù)26/125接續(xù)過(guò)程如下：②SES2回復(fù)信息，先發(fā)給LES，再經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給SES1。注意：①必須正確輸入被呼船舶的洋區(qū)接入碼，對(duì)于具有洋區(qū)自動(dòng)識(shí)別功能的LES可使用通用洋區(qū)碼“870”。。②由于是船至岸和岸至船兩個(gè)過(guò)程的接續(xù)，所以存在較大的時(shí)延。對(duì)于不同洋區(qū)船舶間的通信，接續(xù)的岸站應(yīng)能夠?qū)蓚€(gè)船舶注冊(cè)的洋區(qū)提供轉(zhuǎn)接服務(wù)。

SES1發(fā)信息給LES，再經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給SES2；4、船→船通信接續(xù)27/125四、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F船站外圍設(shè)備28/55B家族船站M4站M

站Inmarsat-B29/125MINI-M移動(dòng)站便攜型船載型車(chē)載型經(jīng)濟(jì)型30/1251、船站組成框圖31/125天線向某一方向輻射電磁波。定向天線：1、Inmarsat天線的基本類(lèi)型五、船舶常用的衛(wèi)星天線C系統(tǒng)全向天線拋物面天線相控陣天線B/F系統(tǒng)定向天線全向天線（無(wú)方向性天線）：天線向各方向均勻輻射電磁波。32/1252、天線控制系統(tǒng)的作用及補(bǔ)償方法3、補(bǔ)償機(jī)理（1）控制平臺(tái)（X軸,Y軸）：（2）水平平面（AZ軸）：方位角控制，由天線自動(dòng)跟蹤電路控制①作用：補(bǔ)償天線指向誤差補(bǔ)償船舶縱、橫搖由陀螺羅經(jīng)提供控制Y軸(±10o)X軸(±30o)船首平臺(tái)AZ軸(00±270o)EL軸(5o±90o)（3）垂直平面（EL軸）：仰角運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)償位置變化②方法：在

建立有

自由度的軸控制平臺(tái)上兩個(gè)平面運(yùn)動(dòng)33/125（4）AZ軸控制當(dāng)θAZ=θh+θa時(shí)天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星幾個(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θAZθhθa天線方向衛(wèi)星方向34/1254、天線自動(dòng)跟蹤控制天線跟蹤方法A

●

B

●

C

●

D

●

E

●

F●

天線角度對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星接收電平步進(jìn)跟蹤法工作原理注：衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)，接收NCSTDM信號(hào)電平最大為原則用機(jī)械方法驅(qū)動(dòng)天線使波束指向衛(wèi)星。①機(jī)械跟蹤：通過(guò)電子控制改變天線波束方向跟蹤衛(wèi)星。②電子跟蹤：設(shè)：初始接收信號(hào)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)方向不變→D；D

<C電平，→反方向步進(jìn)；最后穩(wěn)定在B、C、D三點(diǎn)。35/125機(jī)械跟蹤天線——常用拋物面天線注意：要有機(jī)械伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)36/125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37/1251、F系統(tǒng)主要特點(diǎn)及分類(lèi)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；采用“根據(jù)信號(hào)質(zhì)量控制發(fā)射功率”的發(fā)射功率控制方式；通信接口豐富且符合國(guó)際規(guī)范；可直接通過(guò)PSTN、ISDN網(wǎng)與陸地Internet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內(nèi)置GPS進(jìn)行定位。主要特點(diǎn):

六、F系統(tǒng)及其應(yīng)用38/125分類(lèi)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、點(diǎn)波束不滿足GMDSS要求（不能進(jìn)行遇險(xiǎn)報(bào)警及遇險(xiǎn)通信）無(wú)語(yǔ)音遇險(xiǎn)安全呼叫F33同上同上不具有G4傳真F系統(tǒng)船站分類(lèi)及其區(qū)別P15839/1252、F系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)通信業(yè)務(wù)種類(lèi)：

電話低質(zhì)量電話（4.8kbps）高質(zhì)量電話（64kbps）傳真G3傳真機(jī)（9.6kbps或14.4kbps）G4傳真機(jī)（64kbps）

數(shù)據(jù)ISDN

業(yè)務(wù)（

64

kbps）MPDS業(yè)務(wù)（最高64kbps，一般是20kbps）40/1253、ISDN和MPDS（1）綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDNIntegrated

ServiceDigitalNetwork有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化信道，以組合應(yīng)用為主。有基本速率、基群速率、混合速率三種組合。能夠提供端到端的數(shù)字連接，能通過(guò)電路交換、分組交換、無(wú)交換連接和公共信令信道進(jìn)行通信。基本功能：支持電話、傳真、圖文及數(shù)據(jù)等多種電信業(yè)務(wù)基于Inmarsat的ISDN只支持基本速率的電路交換業(yè)務(wù)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。最高速率128kbit/s（2B）。先物理連接，再傳送數(shù)據(jù)最后拆線信道利用率不高！41/125（2）移動(dòng)包交換MPDS

(Mobile

Package

Data

Service)基本功能分組交換：先分組，再傳輸發(fā)送發(fā)送數(shù)據(jù)分包11010011101?

???????00101001110發(fā)送端首部分包數(shù)據(jù)首部分包首部數(shù)據(jù)發(fā)送接收端數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)首部11010011101?

???????00101001110報(bào)文42/125分組數(shù)據(jù)包從