《GMDSS综合业务》第09章 Inmarsat F系统及其船舶地球站

GMDSS综合业务第九章InmarsatF系统及其船舶地球站

第九章INMARSAT-F系统及其船站

一、F系统结构及信道二、系统接续控制三、系统通信接续过程四、船站组成及主要终端技术五、船舶常用的卫星天线六、F系统及其应用2/125一、F系统结构及信道1、系统发展历程Inmarsat-B系统1993年1993年M系统简化掉电传

1997年Mini-M改为点波束工作方式2000年M4系统（多媒体Mini-M系统）2002年多媒体Mini-M（即F系统）只能进行遇险报警而不具有遇险通信能力不具有遇险通信和遇险报警的能力实现多媒体通信高速数据信道只适用于陆地移动用户和飞机用户常规通信。海用型唯一一个与四代卫星点波束的技术兼容的系统，有遇险报警和遇险通信A系统的数字化3/1252、F系统的通信业务种类电话传真数据（低速、高速）电传LESLES国际/国内电信网络64Kbit/s高速数据业务B系统可选F系统必备仅限于B站4/1253、主要特点（3）f发-f收≠常数，减少了互调干扰（2）功率控制方法不同（1）卫星全球波束和点波束工作，但点波束控制方式各有不同。（4）子带信令信道控制与ISDN网完全兼容，可直接接入ISDN网SCPC信道中每一个时隙都包含信息和信令两部分，其中的信令就称为子带信令。5/1254、信道结构（1）五种信道TDM信道信令信道TDMA信道

数据信道话音信道LESNCSSESTDM信道信令信道TDMA信道TDM信道信令信道TDMA信道数据信道话音信道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：4

公共信道分配信道点波束信道洋区注册确认信道NCS至LES的站际信道分配信道电传信道（仅限于B系统）LES至NCS的站际信道空闲时自动守听NCS公共TDM信道船岸建立通信链路后，守听岸站TDM信道发布岸至船的呼叫通告、布告板信息及网络状态信息

7/125LESNCSSES船至岸

信令信道信令信道：两种信令信道都包括：申请信道、呼叫确认信道、洋区注册信道。

船至NCS信令信道信令信道采用突发形式发射

使用时不会中断公共TDM载波的接收。

移动站开机后会自动进行洋区注册，

转换洋区会自动重新注册。

移动站断电，洋区注册解除。注：8/125LESNCSSESTDMA

信

道TDMA信道：移动站响应信道

TDMA信

道B系统电传信道B系统岸至移动站的电传信息经LESTDM信道传送；

移动站至岸的电传信息经SESTDMA信道传送

注：9/125LESNCSSES话音信道话音信道和数据信道：数据信道双向信道用于传送电话和话音波段的数据双向信道分低速和高速数据信道10/125LES电话话音波段数据（2.4Kbit/s）传真数据（9.6Kbit/s）高速数据（64Kbit/s)电传信息船站响应信道分配洋区登记公共信道信道分配点波束信道洋区登记确认信道分配申请广播呼叫申请分配信息船站申请呼叫确认

信道分配

电传信息11/125二、系统接续控制SCPC信道模式控制

B/F数据和话音信道均属SCPC信道，由NCS按需分配。信息按帧传送，每帧的头部都有独特字UW，通过设置独特字来实现SCPC信道模式的识别。规定：UW1～UW4：用于语音和低速数据模式UW5：用于带内信令模式UW6：用于64Kbit/s数据模式UW7：用于64Kbit/s信道带内信令模式12/1251、点波束控制（1）B船站：B船站NCS存储最好点波束采用点波束标识载波扫描法三代星63个宽点波束

B/F系统信息信道可使用全球波束和点波束，LES和NCS根据MES申请时提供的地理位置和信号强度，按点波束优先的原则为其分配点波束或全球波束。信令信道均使用全球波束。二、系统接续控制最佳点波束的选择：在TDM帧的点波束信道上连续发射点波束及全球波束识别载波规定扫描间隔8小时。用15分钟完成63个宽点波束识别的扫描申请或响应信道时将之告诉LES或NCS13/125（2）F船站：采用增强点波束选择法四代星253个窄点波束由用户选择：

船站有GPS，自动根据船位及点波束图，选择点波束ID，呼叫时通过“申请”传递给NCS由其分配。二种点波束选择方法：由网络协调站选择：

NCS根据船站提供的位置和点波束图，来确定点波束ID。布告板增加了点波束地图移动站含有定位系统布告板点波束地图位置信息系统（内置GPS）14/125（1）B船站B船站NCS在TDM帧的点波束信道上发射各点波束识别载波间隔大约8小时，用15分钟完成63个点波束识别存储最好点波束申请或响应时将之告于LES或NCS（2）F船站增强点波束选择

基于布告板点波束地图广播和位置信息系统点波束标识载波扫描法三代星63个点波束四代星253个点波束F船站有GPS②根据位置和点波束图提供点波束ID

NCS①根据位置及点波束图，选择点波束ID，呼叫时通过“申请”传递给网络协调站15/1252、功率控制功率控制目的：控制机制：LES的发射功率SES的发射功率LESSES前向功率：前向前向返向功率：返向有效利用功率（用最小的功率达到最好的通信效果）通过信号质量控制LES和SES功率②F系统根据SES天线仰角参数控制LES功率根据业务种类和工作卫星控制SES功率①B系统一旦选定，通信中不再修改！和B一样取决于信号载噪比480ms测量一次LES/SES功率=初始功率设置调整功率值+16/125(1)B系统：船→岸岸→船3、优先权控制方向可实现4个级别的优先权抢占功能方向可实现优先级别的广播通信无法实现优先级别的点对点通信优先权抢占：信道忙时，系统按优先级别实施信道分配和使用。17/125（2）F系统：方向可实现优先权抢占功能船岸→←不同业务种类话音优先于数据（看做常规）同一话音业务遇险高于紧急，紧急高于安全，安全高于常规同一呼叫等级船发起高于岸发起3、优先权控制（3）优先权划分1999年IMO规定：新开发的系统应在MES、LES、NCS中加入优先权控制功能。注意：岸发起的遇险优先级别呼叫必须经RCC授权。F系统是目前唯一一个满足GMDSS新标准要求的系统。18/125①移动站MES2向岸站LES2发射较高优先等级的话音呼叫申请。②岸站LES2收到申请后，向网络协调站NCS发送请求信道分配申请。③NCS收到该较高优先等级的申请后，检查信道，信道拥挤，随机选择一个正在与MES1进行常规通信的岸站LES1，向其启发“优先权控制”。④LES1向MES1发“信道释放”信令，要求清除呼叫。⑤MES1向LES1响应清除呼叫后，进入“空闲”状态，此时LES1与MES1之间的通信中断，让出信道。⑥LES1通知NCS呼叫清除。⑦NCS收到呼叫清除通知后，为建立新的呼叫，向LES2和MES2分配信道。⑧LES2和MES2较高优先等级的新呼叫建立。F系统优先权抢占功能（信道、MES优先权控制）19/125SESNCSLES①④②①

SES通过信令信道向LES发出通信申请，并继续守听

NCSTDM信道。

②LES向NCS提出话音信道

分配申请。

③NCS通过其TDM信道分别向LES及SES分配信道。③1、F站船岸电话信道建立过程④LES与SES转换频率“握手”、船站拨号、建立电话/传真信道

20/125三、系统通信接续过程2、F站船至岸数据通信的接续Inmarsat数据通信模式：分组交换模式：信息打包、分组传输电路交换模式：建立物理链路、按需分配同步工作方式异步工作方式收发双发的时钟一致应用于InmarsatF系统的高速数据业务（64Kbit/s）使用ISDN网接入设备收发双发的时钟不一致数据传输以字符为单位应用于InmarsatF系统的低速数据业务（9.6Kbit/s）使用PSTN网接入设备21/1253、F系统船至岸数据通信的接续ModemISPInternetISDNMPDSPSTNCESSESISPISP：为业务信息提供商虚线表示B站无，F站有的功能22/125

说明：船至岸有两种拨号方式：

①经岸站直接拨陆地用户数字终端设备号码。如：

00

86

10125294321。

②经岸站拨接入点号码，通过ISP接入或通过岸站专用服务号码接入。该方式主要用于Internet接入。如：通过中国北京的服务商，拨00

86

10

16900

号码

进行Internet连接；

或通过中国北京岸站互联网专用接入码，拨61

号码进行Internet连接。23/125电路交换模式数据通信接续过程①船舶用户向岸站提出数据业务申请；

②岸站收到申请后向网络协调站申请信道分配；

③网络协调站分别向岸站、船站分配SCPC

数据通信信道；

④船岸间信令交换、地址交换，进入相应的陆地

网，信道建立。24/125分组交换模式数据通信接续过程①船舶用户向MPDS业务岸站提出业务申请；

②岸站将收到的申请信息发送给区域地面站

（RLES），负责通信状态记录；

③同时，岸站将申请信息发送给主地面站

（HLES），负责账单管理；

该模式仅适用于F站25/1254、船→船通信接续26/125接续过程如下：②SES2回复信息，先发给LES，再经卫星转发给SES1。注意：①必须正确输入被呼船舶的洋区接入码，对于具有洋区自动识别功能的LES可使用通用洋区码“870”。。②由于是船至岸和岸至船两个过程的接续，所以存在较大的时延。对于不同洋区船舶间的通信，接续的岸站应能够对两个船舶注册的洋区提供转接服务。

SES1发信息给LES，再经卫星转发给SES2；4、船→船通信接续27/125四、船站组成及主要终端技术电话电话蜂鸣器遇险报警盒信用卡电话遇险信息产生器F船站外围设备28/55B家族船站M4站M

站Inmarsat-B29/125MINI-M移动站便携型船载型车载型经济型30/1251、船站组成框图31/125天线向某一方向辐射电磁波。定向天线：1、Inmarsat天线的基本类型五、船舶常用的卫星天线C系统全向天线抛物面天线相控阵天线B/F系统定向天线全向天线（无方向性天线）：天线向各方向均匀辐射电磁波。32/1252、天线控制系统的作用及补偿方法3、补偿机理（1）控制平台（X轴,Y轴）：（2）水平平面（AZ轴）：方位角控制，由天线自动跟踪电路控制①作用：补偿天线指向误差补偿船舶纵、横摇由陀螺罗经提供控制Y轴(±10º)X轴(±30º)船首平台AZ轴(00±270º)EL轴(5º±90º)（3）垂直平面（EL轴）：仰角运动，补偿位置变化②方法：在

建立有

自由度的轴控制平台上两个平面运动33/125（4）AZ轴控制当θAZ=θh+θa时天线对准卫星几个角度的关系卫星方位角θAZ天线方位角θa航向角θhN正北航首方向天线方向θAZθhθa天线方向卫星方向34/1254、天线自动跟踪控制天线跟踪方法A

●

B

●

C

●

D

●

E

●

F●

天线角度对准卫星接收电平步进跟踪法工作原理注：卫星发射信号，接收NCSTDM信号电平最大为原则用机械方法驱动天线使波束指向卫星。①机械跟踪：通过电子控制改变天线波束方向跟踪卫星。②电子跟踪：设：初始接收信号电平为A，天线由A→B；B>A电平，步进方向不变→C；C>B电平，步进方向不变→D；D

<C电平，→反方向步进；最后稳定在B、C、D三点。35/125机械跟踪天线——常用抛物面天线注意：要有机械伺服驱动系统36/125图片2：电子跟踪天线——常用相控阵天线注意：通过改变移相器的相移值，控制天线波束方向来跟踪卫星37/1251、F系统主要特点及分类卫星全球波束工作和点波束工作，采用“增强点波束选择”机制；采用“根据信号质量控制发射功率”的发射功率控制方式；通信接口丰富且符合国际规范；可直接通过PSTN、ISDN网与陆地Internet网连通；满足IMOGMDSS新要求可实现NCS、LES、MES之间分层优先级呼叫；MES内置GPS进行定位。主要特点:

六、F系统及其应用38/125分类卫星覆盖GMDSS要求备注F77全球波束、点波束满足IMOResolutionA.888(21)语音优先F55全球波束、点波束不满足GMDSS要求（不能进行遇险报警及遇险通信）无语音遇险安全呼叫F33同上同上不具有G4传真F系统船站分类及其区别P15839/1252、F系统提供的业务通信业务种类：

电话低质量电话（4.8kbps）高质量电话（64kbps）传真G3传真机（9.6kbps或14.4kbps）G4传真机（64kbps）

数据ISDN

业务（

64

kbps）MPDS业务（最高64kbps，一般是20kbps）40/1253、ISDN和MPDS（1）综合业务数字网ISDNIntegrated

ServiceDigitalNetwork有多个标准化信道，以组合应用为主。有基本速率、基群速率、混合速率三种组合。能够提供端到端的数字连接，能通过电路交换、分组交换、无交换连接和公共信令信道进行通信。基本功能：支持电话、传真、图文及数据等多种电信业务基于Inmarsat的ISDN只支持基本速率的电路交换业务2B+D标准化通道组合，每个数据信道B64Kbps，信令信道D16Kbps。最高速率128kbit/s（2B）。先物理连接，再传送数据最后拆线信道利用率不高！41/125（2）移动包交换MPDS

(Mobile

Package

Data

Service)基本功能分组交换：先分组，再传输发送发送数据分包11010011101•

•••••••00101001110发送端首部分包数据首部分包首部数据发送接收端数据首部数据首部数据首部11010011101•

•••••••00101001110报文42/125分组数据包从