Inmarsat-FX對Ka和L頻段的整合與併用
尚作仁船長 編撰
頻段示意圖
針對商船、航空和特殊領域用戶對於通訊衛星寬帶業務的需求，Inniarsat推出了第五代海事衛星通訊系統“Global Xpress”(GX)。同時為了實現在海上全天候無縫的衛星通訊服務，結合了五代衛星Ka頻段和四代衛星L頻段的優點，透過對終端設備的整合，推出Inmarsat-FX (Fleet Xpress)衛星業務。本文從頻段特點以及終端設備併用技術方面，介紹Inmarsat-FX業務的太空段資源和終端設備使用的整體方案。
海事衛星通訊業務經過幾代衛星的升級改造，目前市場主要使用第三代及第四代衛星業務，常見的終端設備類型有Inmarsat-C，Fleet77、BGAN等，可以提供數據封包交換、語音、傳真和數據傳輸等業務。第三代和第四代海事衛星業務與終端設備主要工作於L頻段。
隨著VSAT衛星通訊業務的蓬勃發展，終端設備的小型化，便捷化，尤其是固定頻寬的包月數據使用模式越來越被市場接受和歡迎，海事通訊衛星業務也面臨著前所未有的挑戰。尤其是隨著衛星寬頻多媒體業務需求的快速增長，使Ka頻段目前成為全球寬頻多媒體雙向通訊衛星業務的首選頻段。
為了應對其他衛星寬頻業務的挑戰，Inmarsat於2016年推出了Ka頻段的第五代衛星系統“Global Xpress”(GX)，並發揮原有L頻段的優點，對第五代衛星業務和第四代衛星業務的終端設備進行整合併用，在海上推出了第四代和第五代一體化的產品"Fleet Xpress"(Inmarsat-FX)，以實現全天候的衛星通訊服務。
一、海事通訊衛星L頻段衛星及其終端設備
1、 衛星L頻段簡述
根據IEEE 621-2002標準，L頻段是指頻率在1-2 GHz的無線電波頻段，波長範圍在300.00-150.00 mm之間。L頻段可被用於數位廣播通訊DAB (Digital Audio Broadcasting)、衛星導航系統等。海事通訊衛星使用1525.0-1646.5 MHz頻段。L頻段的傳播損耗和雨衰都非常小，對衛星通訊使用十分有利，尤其是在天氣狀態相對惡劣的海上優勢更加凸顯。但同時L頻段衛星通訊的頻率資源和軌道資源極為緊缺，具有資源有限、可用頻寬窄、傳輸容量小等缺點，業務應用局限於常規的語音和低速數據傳輸，相對與目前大眾對於數據通訊頻寬的需求而言，限制了用戶的使用空間。
2、 海事通訊衛星第四代衛星業務
Inmarsat第一顆四代星衛星發射於2006年，三顆衛星覆蓋全球(兩極地區除外)。成為海事通訊衛星第一代的移動衛星寬頻系統，在系統設計上突破了以往基於電路交換的技術體制，實現了IP數據交換功能。
衛星和船站間的上、下行線路採用L頻段，單一信道可提供492 kbit/s的數據傳輸速率。Inmarsat第四代衛星採用衛星點波束技術，每一顆衛星上有一個全球波束、19個寬點波束、228個窄點波束。Inmarsat在第四代衛星業務中，創新性的實現了衛星通訊資源的整合調配技術，可滿足衛星轉發器資源對熱點區域的流量需求，以支持地面終端使用數量劇增的通訊需求，此項技術的推出，在中國汶川地震、海地地震、日本海嘯等重大意外事故中，獲得了良好的應用經驗。這使得工作於L頻段的第四代海事衛星業務，成為目前使用的最穩定衛星通訊系統。
3、 海事衛星第四代衛星終端設備
隨著海事衛星終端設備的更新換代，Inmarsat-FleetBroadBand (FBB-500、FBB-250)系列終端設備，成為目前市場上使用最廣泛的第四代衛星終端設備。其本身可提供4 kbit/s的電路語音交換，最高共享頻寬432 kbit/s和最高專用頻寬256 kbit/s的數據服務。由於FleetBroadBand 500的天線大，發射功率高，使用更穩定，因此成為FX業務L頻段的首選終端設備(FBB-250通常作為備用設備或在小型遊艇、漁船使用)。
二、海事衛星Ka頻段衛星業務及其終端設備
1、 衛星Ka頻段簡述
根據IEEE標準，Ka頻段的頻率範圍為26.5 - 40 GHz。波長在11.11 mm - 7.50 mm之間，具有可用頻寬較寬、傳輸容量大、所受干擾少、終端設備體積小等特點，特別適用於高速衛星通訊、GB級寬頻數位傳輸和VSAT等領域。Ka頻段高通量衛星使用多色頻率複用的密集點波束，其EIRP可達60 dBW或更高，可使用更小的天線和功率放大器，實現更低的通訊成本。但是由於Ka頻段的波長接近於雨滴直徑，因此較容易受降雨衰耗影響，雨衰現象最為嚴重，且對設備和工藝的設計要求也較高。
2、 海事衛星第五代衛星業務
Inmarsat於2013年發射第一顆五代Ka頻段衛星，其傳輸能力相較四代衛星有跨越式發展，頻寬和載波容量提升近百倍，傳輸速率提升數十倍，是全球第一個與4G通訊接軌的移動衛星通訊系統。
第五代衛星系統“Global Xpress”(GX)，共有3顆衛星覆蓋全球，2017年Inmarsat已發射第四顆衛星作為備用和提供額外容量。單顆衛星有點波速89個，衛星荷載增加了6-8個可移動高容量點波束，以滿足全球突發事件和熱點地區通訊的需求。
3、 海事衛星第五代衛星終端設備
第五代衛星終端設備採用積體化的室內單元，室內設備與室外天線僅通過一條同軸電纜連接，終端設備根據天線反射面的直徑，分為60 cm和100 cm系列。可提供IP語音(需使用特定話機)和MIR，最大可用頻寬以及CIR最小保證頻寬兩類數據業務。
Inmarsat-FX在其他應用領域，如航空和陸用的第五代衛星通訊終端設備可以單獨使用，但是在海上的通訊業務則強制使用Inmarst-FX和FleetBroadBand終端設備綁定模式。
因此與FleetBroadBand終端設備單獨使用時有所不同，需使用FX專用的SIM卡，而且只提供一路電路交換語音備份服務(未來可能會增加)，也不支援保障頻寬的CIR服務。也就是說FleetBroadBand終端設備僅是作為Inmarst-FX (Ka頻段)終端設備的備用設備，因此無論透過FleetBroadBand產生多少數據流量，都不需要再另外支付FleetBroadBand (L頻段)數據流量的通訊費用。
三、終端設備介紹及終端設備併用
第五代衛星Ka頻段終端設備和第四代衛星L頻段的終端設備，透過船端的網絡服務設備NSD/INSD進行連接，NSD/lNSD使用Direct核心模組，目前主要有兩種類型，一種是思科2911路由器，一種是軟體交換INSD。INSD是Inmarsat所開發的自有品牌的設備，第五代衛星分銷商也可自行開發基於INSD內核的自有連接設備。
Inmarsat-FX是第五代Ka頻段衛星系統(GX)的主要終端設備，在Inmarsat-FX終端設備故障或者雨衰較大時，NSD設備會自動把通訊切換到FleetBroadBand終端設備上。並且在船上網絡切換過程中，船上網絡的IP地址和路由都不會發生變化，船上的所有數據應用都不受任何影響。
NSD設備位於船端的DVB機櫃內，當衛星連接信號處於良好的環境條件時，終端設備可以在低電平和低調制的狀態下工作，但是當有雨衰現象發生時，通訊的信號強度就會降低，終端設備就需要增加發射功率來保持通訊暢通。Direct上行鏈路控制器會根據網絡回應時間，終端設備返回的發射頻率，輸出功率等數值進行四相相移鍵控信號OPSK (Quadrature Phase Shift Keying)計算，根據正交調幅OAM (Quadrature Amplitude Modulation)原理，進行信號損耗評估，以決定選擇使用哪種頻段的終端設備。
Inmarsat-FX利用先進的信號調制和自動切換技術，對第五代衛星Ka頻段「高寬頻」數據業務與第四代衛星L頻段「高可靠」數據業務進行了整合併用，為船舶提供了具有高頻率、高頻寬、高可靠性、高移動性的新一代衛星寬頻通訊服務，能為船上電子海圖做實時更新、視頻傳輸、以及其他大數據交互和更多的船員福祉應用(Crew Xpress)提供了上網通訊條件，也促進了船岸通訊的更進一步發展。
Inmarsat第五代衛星FX業務及終端設備示意圖
No comments:
Post a Comment
請尊重智慧財產權
未經許可，禁止轉貼