國際海事衛星通訊系統(Inmarsat)簡介

國際海事衛星通訊系統(Inmarsat)簡介

尚作仁船長 編撰

 

簡介：

國際海事衛星通信系統(International Maritime Satellite Organization；Inmarsat)是利用通信衛星作為中繼站的一種船舶無線電通信系統。它具有全球(除南北極區外)、全時、全天候、穩定、可靠、高質量、大容量和自動通信等顯著優點，既可改善船舶營運和提高管理效率、也能密切船岸聯系，而且有助於保障海上人命安全。

國際海事衛星通信系統(Inmarsat)是IMO認可的移動業務衛星通信系統(RMSS)之一。它包括移動台之間、移動台與固定台之間、固定台與公眾通信網用戶之間的通信。國際海事衛星通信系統是世界上第一個全球性的移動業務衛星通信系統。

 

歷史：

1979年7月在IMO授意下，成立了「國際海事衛星組織」(International Maritime Satellite Organization；IMSO)，是一個不以營利為目的的國際組織，並於1982年建立了國際海事衛星通信系統(Inmarsat)，成為第一代國際海事衛星通信系統。

1994年12月，IMO第10次特別大會上，將該組織更名為「國際移動衛星組織」，但英文縮寫仍維持「Inmarsat」不變，成為當時唯一的全球海上、空中、陸地、救險、定位等衛星移動通信服務的提供者(現在已不只一家衛星通信服務提供者)。(Inmarsat / IRIDIUM)

1999年該組織被轉換成一間私人公司，並將業務分為兩個部分：該組織的大部分被轉換成商業公司"Inmarsat plc"(Inmarsat上市有限公司)，另一小部分成為監管機構IMSO。

Inmarsat衛星，按照不同系列的衛星發展階段，目前已經發展到第5代。

 

第一代：

Inmarsat系統主要透過租用衛星營運，先後租用了美國MARISAT的3顆衛星上的部分轉發器、歐洲航天局(European Space Agency；ESA)的2顆MARECS衛星和國際通信衛星組織（International Telecommunications Satellite Organization；INTELSAT)第5代衛星(IS-V衛星)上的海事通信轉發器。這些衛星和轉發器分布在三大洋上空，從1982年起使用。

 

第二代：

1990年，Inmarsat發射了自己專用的4顆通信衛星，其通信容量為第一代衛星的2.5倍。第一代和第二代均為全球波束，並分別定位在太平洋、印度洋、大西洋東區和大西洋西區四個洋區。這些衛星除了提供海上通信服務外，還可以為空中、陸地移動用戶提供電話、電報、電子郵件、傳真和數據等服務。

 

第三代：

1996年開始陸續發射5顆衛星，其容量是第2代衛星的8倍，除1顆作為備用衛星外，其餘4顆分別定點在印度洋區、大西洋東區、大西洋西區、太平洋區上空，無縫地覆蓋除南北極地區外的全球區域，每顆衛星在全球波束的基礎上增加了7個L頻段寬點波束。具體分布如圖所示。

第四代：

共有3顆衛星，於2008年全部發射完成。該系統的特點是衛星上裝有一個20 m口徑的相控陣多波束可展開天線，有1個全球波束、19個寬點波束和228個窄點波束，其中全球波束用於信令(Signaling)〔註〕和一般數據傳輸，寬點波束用於支持以前的業務，窄點波束用於實現新的寬頻業務。

〔註〕信令(Signaling)，是指為使通信網中各種設備協調運作，在設備之間傳遞的有關控制信息。它用來說明各自的運行情況，提出對相關設備的接續要求。

 

第五代：

“Global Xpress”是第五代衛星系統，它採用Ka頻段〔註〕，是第一個全球高速寬頻網絡，Global Xpress堪稱是促進全球移動寬頻持續發展的重要推動力量。

〔註〕目前衛星業務最常用的頻段是C (4-8 GHz)和Ku (12-18 GHz)頻段，Ka (27-40GHz)頻段是後起之秀。C頻段用於衛星固定業務，通常6/4 GHz表示為上下行頻率；Ku頻段用於衛星固定業務及直播衛星業務，最常使用12-14 GHz (14/12GHz)。

Ka頻段由於雨衰比Ku頻段更大，對設備和工藝的要求更高，過往一直發展緩慢。但隨著C和Ku頻段的衛星軌位資源日趨枯竭，頻率帶寬日趨緊張受限，特別是設備製造水平的提高，近十年來Ka頻段的衛星通信發展迅速。

系統組成：

海事衛星通信系統是由通信衛星、岸站和船站三大部分組成。

1. 通信衛星(SAT)
通信衛星是本系統的中繼站，用以轉發船站和岸站所發信號。採用同步軌道衛星和球波束，按大西洋、太平洋和印度洋三個洋區配置。每顆衛星裝有L→C波段和C→L波段的轉發器，提供電報和電話(包括傳真和數據傳輸)信道，以及共用呼叫信道。每個電報信道以分時多工(Time division multiple access；TDMA)方式分為22條報路，電話信道採用單路單載波技術。

為了充分利用每顆衛星的通信容量，本系統採用較為複雜的信道分配方式，並在每個洋區由指定岸站的網路協調站，負責分配衛星通信信道。電報信道預先分配給各岸站，由其負責按需求分配給船站進行電報通信的「時隙」(Timeslot)。電話信道由網路協調站控制，根據船站、岸站的申請進行分配。

2. 岸站(CES)
岸站在本系統通信電路中作為衛星通信網的控制之用，它是設在岸上的海事衛星通信地面站，設有直徑約13米的卡塞格林天線(Cassegrain Antenna)以及相應的通信設備，並與陸上通信網路相連接。採用C波段，發射頻率為6 GHz頻段，接收頻率為4 GHz頻段。為了消除無線電波在傳播過程中的頻率偏移影響，還採用L波段的頻率作為自動頻率控制的導頻，並作為岸站間業務電路和試驗電路的頻率。

(1) 網絡操作控制中心(OOC)

網絡操作控制中心位於英國倫敦總部的大樓內，它的任務是監視、協調和控制Inmarsat網絡中所有衛星的工作運行情況。

(2) 網路協調站(NCS)

每個洋區分別有一個岸站兼作網路協調站，該站作為接線員對本洋區的船站與岸站之間的電話和電傳信道進行分配、控制和監視。

3. 船站(SES)

船站是本系統的通信終端，它是裝在船上的海事衛星通信地面站，配有直徑約1米的碟形天線及衛星追蹤伺服器，以及相應的通信設備，採用L波段，發射頻率為1.6 GHz頻段，接收頻率為1.5 GHz頻段。電報通信採用「移相鍵控調制」(PSK)方式〔註〕，發射速率為4,800 bit/s (比特/秒)，接收速率為1,200 bit/s。電話通信採用「調頻」(FM)方式。

〔註〕 移象鍵控調制(PSK)是一種利用載波相位表示輸入信號信息的調制技術。移象鍵控分為絕對移象和相對移象兩種。以未調載波的相位作為基準的相位調制叫做絕對移象。以二進位制調相為例，取碼元為「1」時，調制後載波與未調載波同相；取碼元為「0」時，調制後載波與未調載波反相；「1」和「0」調制後載波相位相差180°。

 

終端標準：

終端標準移動站，也稱之為移動地面站，是Inmarsat的最終用戶端，根據使用的用戶不同，分為陸用、海用和航空用移動站，陸用移動站通常用縮寫MES表示，海用移動站用縮寫SES表示，航空移動站用縮寫AES表示。

海事用移動站通常稱為船舶地面站，簡稱船站。Inmarsat系統的標準移動終端主要有6種基本類型，即進行海上/陸地業務的A、B、C (Mini-C)、M (Mini-M)、F (F 77、F 55、F 33)、FBB (F 500、F 250、F 150)標準。

(1) Inmarsat-A (已淘汰)

Inmarsat-A是1976年啟用的第一個系統，採用類比FM通信制式，信道帶寬50 kHz，能提供語音、傳真、高速數據傳輸(56 kbit/s或64 kbit/s)、電傳電報等服務。船用終端天線放在蛋形遮蔽罩中，並具有自動追蹤系統以保證天線始終對準衛星，可透過單鍵啟動遇險告警。遇險告警在Inmarsat系統中處於最高級別。

(2) Inmarsat-B (已淘汰)

Inmarsat-B於1993年推出，是Inmarsat-A的數位化替代產品，Inmarsat-B與Inmarsat-A功能相同但有所改良，可以提供16 kbit/s語音編碼速率的電話、9.6 kbit/s的數據以及2.4 kbit/s的音頻數據(傳真)、64 kbit/s高速數據和50 Baud的電傳電報等業務。

Inmarsat-B採用全數位化設計，佔用頻寬由50 kHz減到20 kHz，系統容量是Inmarsat-A的2.5倍，使用的衛星功率只是Inmarsat-A的一半。

Inmarsat-B已於2016年12月30日停產。

(3) Inmarsat-M和Mini-M (已淘汰)

Inmarsat-M系統是1993年開發出來的，是Inmarsat-B的簡化型，通信標準略低於B系統，只提供6.4 kbit/s語音編碼速率的電話、2.4 kbit/s傳真和2.4 kbit/s數據通信，它體積小，重量為15 kg左右，有海事用和陸用兩種類型。

Inmarsat Mini-M是一種更小型的M站，1996年底才推出，是全新概念的衛星終端，使用Inmarsat第三代衛星的點波束，可提供4.8 kbit/s語音編碼速率的電話、2.4 kbit/s傳真和數據。

(4) Inmarsat-C

Inmarsat-C是1989~1990年間研發出來的衛星通信終端，主要用於數據通信(沒有語音電話功能)，於1991年開始在全球運營(1992年GMDSS生效)，採用全數位化的存儲轉發信息(Store-and-Forward Message)傳遞方式(非實時通信)，可提供600 bit/s低速數據傳輸、電傳電報和傳真業務、遇險呼叫(Distress Calling)、增強型組呼(EGC)、可自動進行數據報告和詢呼(Data report / Polling)。

〔註〕Polling中文名稱為「輪詢」，是一種CPU決策如何提供周邊設備服務的方式，又稱「程控輸入輸出」(Programmed I/O)。輪詢的工作概念是：由CPU定時發出詢問，依序詢問每一個周邊設備是否需要其服務，有需要即給予服務，服務結束後再問下一個周邊，接著不斷的周而復始。

雙工發射作業(但只限與衛星地面站之間通信，不能轉接終端用戶)。

支援電傳TLX/F1B (岸上收信端可為FAX模式)、DSC/FIB數位呼叫(支援GMDSS之EGC規格)兩種型式通信(採Store & Foward)中繼方式傳送，無法與任何終端用戶直接連線。

 

Inmarsat-C特點：

因只與衛星地面台連線，所有發送信文以數據封包方式存入衛星地面站電腦(LES)，衛星地面站隨後再中繼傳送至收信端(Subscriber)，故不能打電話，但如用電腦通信，可作語音信箱，傳送語音封包，只是無法對談，不會因岸上線路忙而發不出去，系統體積小，穩定性可靠性高，不受天線方向角度限制，相容於X.25 (PSDN規格)與PSTN(PC MODEM規格)，故適合作電腦網路通信，傳輸速度快，但信文除非是DSC遇險信文會自動立即處理外，其餘通信非即時系統，信息傳送會有延遲，但成本較便宜。

 

Inmarsat-C計費：

每傳送256個Bits (= 32個字元，因每個字元含8個Bits ASCII編碼)為一個計費單位，檔案內一個空白也算一個字元，換行Carriage Return (CR)算兩個字元，在Call Log內檔案Size就是檔案之總字元數：故以此Size除以32 (256/8 = 32)再乘單價，即為此電文之費用：因採Store & Forward傳送方式(非即時傳送)，如一次對岸上多個單位發通電：即Multi-Adress之電報，因衛星線路只用一次，由衛星地面站將同一封電文分送多單位，衛星連線費只計收一次，第二封起均只收岸上線路費，A系統無法一次對多地址發文，必須重覆發送，成本 高很多，岸對船隊更能用EGC模式一封電報同時發幾十條船，比A系統須一艘一艘船發送節省多了。

 

Inmarsat-C門號：均為4開頭共有9碼

Inmarsat-C天線採用0 dB全方向性天線，不需要天線自動跟蹤系統。發射頻率為1626.5 ~ 1646.5 MHz，接收頻率為1530.0 ~ 1545.0 MHz。

Inmarsat-C系統的通信可靠性非常高，抗干擾能力強，按字符流量計費，通信費用低；移動地面站體積小，重量輕；終端能耗低，可以使用蓄電池或者太陽能供電。

Inmarsat-C陸用型終端小巧，體積只有公文包大小，重量僅有3 kg，可裝在手提箱中；車載式的衛星終端具有全向式天線，能在行進中進行通信；便攜式或固定式的終端採用小型定向天線，可方便攜帶及降低能耗。

 

(5) 
Inmarsat Mini-C

Mini-C增強了安全與保全功能，與LRIT相容，具有SSAS警報功能及船舶監控系統(VMS)船位追縱功能。除提供完全的船舶監控和追蹤功能外(LRIT)，也可提供非SOLAS遇險報警功能和EGC信息接收(非GMDSS認可裝置)，以及接收SafetyNet / FleetNet安全訊息。

將電腦簡單連接到終端，可隨時接收增強群呼或發送獲取的報告，也可以與其它Inmarsat-C用戶進行電子郵件、傳真、短信和特定信息(SSAS Alert Warning)。

(6) Inmarsat-F

Inmarsat-Fleet於2003年推出，為GMDSS認可的衛星通信終端，使用增強型新一代信令系統，以確保能兼容Inmarsat第4代衛星以及新型呼叫優先等級劃分計劃，改善遇險呼叫處理功能，並且首次在衛星通信系統增加了行動分組數據服務(MPDS)功能〔註1〕，除了語音和數據服務之外，還為海上船舶提供64 kbps ISDN〔註2〕連接。

〔註1〕MPDS(Mobile Packet Data Service)係透過衛星網路為遠端使用者提供IP功能，以便使用網路(如https://www.網路存取、檔案傳輸和電子郵件收發)提供可攜式且極為可靠的通訊服務，它是由COMSAT(通信衛星)行動通信(CMC)所推出。

〔註2〕ISDN (Integrated Services Digital Network)綜合業務數位網，是數位電話網絡國際標準，是典型的電路交換網絡系統(circuit-switching network)。它透過普通的電話線以更高的速率和質量傳輸語音和數據。

ISDN是歐洲普遍的電話網絡形式，(ISDN自始至終沒有在美國的電話網絡上廣泛應用)。歐洲GSM〔註3〕移動電話標準(2G)也可以基於ISDN標準做傳輸數據。因ISDN是全數位化的電路(只有0和1這兩種狀態)，所以它能夠提供穩定的數據服務和連接速度，不像傳統類比(Analog)電話線路那樣，容易受到通信干擾。在數位傳輸的基礎上，更容易開展類比線路無法做到或者比較難保證傳輸品質的信息傳輸業務。

〔註3〕GSM (Global System for Mobile Communications)全球移動通信系統，又稱泛歐數位式行動電話系統(2G手機使用的系統)。

ISDN除了基本的電話功能之外，還能提供視頻、視頻會議、圖像、傳真、遠距教學、電腦上網信等數據服務，但在網路連接上，ISDN事實上已經被DSL〔註4〕技術所淘汰。(澳洲於2018年中止服務，日本於2024年中止服務，台灣中華電信目前仍提供ISDN服務)

〔註4〕DSL (Digital Subscriber Line)數位用戶線路，是透過銅線或者本地電話網，提供數位連線的一種技術。

Inmarsat-F已於2020年12月1日中止服務，轉換為Fleet Safety〔註5〕繼續提供GMDSS即時遇險警報、海事安全信息(MSI)接收、語音遇險、緊急醫療建議和援助。

〔註5〕Fleet Safety是經IMO核准的一項海事數據服務，支援語音和數據遇險以及緊急和安全通訊的GMDSS合規性。Fleet Safety將海事安全終端(MST)與現有的FleetBroadband (Inmarsat-FBB)或Fleet One資料服務整合，是現代海事安全領域最重大的進步。可提供即時遇險通話，透過即時優先遇險警報和通話功能，在危險時刻，只需按下按鈕即可與全球50多個海上救援協調中心(MRCC)直接聯繫。動態消息路由(Router)會將遇險警報發送到最近的MRCC或附近船隻，因此獲得以比以往更快救援行動並動員支援團隊。

(7) Inmarsat-FBB

Inmarsat-FleetBroband於2007年投入使用，是第四代海事衛星通信系統，使用L頻段，比VSAT Ku頻段或C頻段系統更能抵抗雨衰。可以為船舶提供語音電話、按數據流量計費，最高可達432 Kbit/s的IP數據傳輸、最高可達256 Kbit/s的Streaming IP數據通信和64K ISDN、標準3G文字短信等多種船岸通信功能。提供的服務包括傳統的語音通話，低層次的數據追蹤系統，高速網路和其他數據服務以及遇險和安全服務。

透過筆電大小的IP衛星調制解調器，可提供高達492 kbit/s全球範圍寬頻網路(BGAN)〔註1〕GPRS類型的連線服務〔註2〕，以及其他可經由移動整合服務的數位網絡(ISDN)，經由影像電話可提供現場事件即時視訊轉播服務。

〔註1〕BGAN (Broadband Global Area Network)是全球寬頻區域網路連線、可做移動實時視頻直播、兼容3G等多種前衛通信能力的新一代Inmarsat全球寬頻區域網路的簡稱。

〔註2〕GPRS (General Packet Radio Service)是「通用封包無線服務」技術的簡稱，屬於2.5G移動數據傳輸技術，是GSM手機(2G用戶)也可以使用的移動數據服務，可以說GPRS是GSM的延續，GPRS與以往的類比式信道傳輸方式不同，以分組封包方式傳輸，因此使用者負擔的費用以傳輸的數據為單位計算，傳輸時並不會佔用該信道的整體線路(傳統類比式通訊，以佔用傳輸線路的時間計費)，因此理論上通信費用要比類比式計時計費廉價。GPRS的傳輸速率可以提高到56 kbit/s或114 kbit/s。(詳細說明請參閱｢Fleet Broad Band衛星通信系統」講義)

(8) Inmarsat-FX

Inmarsat-Fleet Xpress於2018年6月4日正式上線，這是一項劃時代的海事衛星高速通訊服務，結合了Inmarsat第五代衛星GX5 (Global Xpress)和第四代Inmarsat FBB衛星系統，雖然使用Ka波段的GX衛星線路，可實現1 Mbit/s或更高的高速、大容量通信速度，但它的特點是當GX線路受到天氣(雨衰)或其他因素的影響時，它會自動切換到比較穩定的FBB衛星線路(L頻段)。是Inmarsat第四代(I-4)和第五代(I-5)船舶通訊服務，可通過HTS實現高速海上通信。(詳細說明請參閱｢Inmarsat-FX對Ka和L波段的併用」文章)

較新的Inmarsat服務使用IP技術，用戶只收取他們發送和接收的數據量，而不是他們連接的時間長度。這特別適用於BGAN和MPDS系統。在海事衛星系統中，衛星是數位轉發器，用於接收數位信號並轉變為脈沖信號，然後重新發送它們到地面站。地面站用於確保服務可用和計算資料量，以及作為海事衛星系統連接至公共交換電話網和互聯網的節點。

國際移動衛星組織最新的第一(F1)和第二(F2)衛星系列，被稱為「I4」衛星，分別在6月和2005年11月發射。第三個也是最後一個衛星(F3)，2008年8月18日從哈薩克斯坦航天中心發射。這是有史以來推出的最大的商業通信衛星。每個衛星上配備了一個全球波束，19個區域的點波束，200窄點波束。

除了自己的衛星，國際海事衛星組織還與ACeS〔註〕有手持式衛星電話語音服務合作協議。

〔註〕ACeS系統最早是由印尼的PT Pasifik Satelit Nusantara (PSN)公司於1993年所發起，目標是經濟地解決亞洲地區對移動及固定電話業務的需求。此後，其系統進一步擴展。1994年底，菲律賓的主要電話公司PLDT加入，成為合作伙伴。1995年初泰國電信公司Jasmine International of Thailand加入，成為第三個合作伙伴，於是在1995年6月正式成立ACeS(PT Asia Cellular Satellite)公司，其經營許可證由印尼旅游郵電部頒發。

ACeS可提供一系列通信服務。包括手機服務，移動和固定的終端服務。除話音、傳真、數據和尋呼外，系統還提供一系列GSM蜂巢式電話功能，諸如呼叫轉移、呼叫等待以及會議電話等。ACeS屬GEO同步軌道衛星(軌高35,800公里)定位於赤道123°E，加裡曼丹(即婆羅洲)上空，可覆蓋中國、菲律賓、泰國和印尼等亞太地區，是區域性衛星移動通信系統。

Inmarsat Fleet Xpress FX 6000 (目前最新的衛星終端系統)

數位信號傳輸協定：

PSDN (Public Switched Data Network)公共交換數據網，它通過一個由多個廣域網組成的系統來提供數據服務。這個概念和PSTN (Public Switched Telephone Network)公用交換電話網類似。PSDN可能會使用各種不同的交換的技術，包括分組交換，電路交換，以及報文交換。一個分組交換的PSDN可能也被稱為「分組交換數據網」。

PSDN這個術語最初僅指分組交換流(Packet Switch Stream，簡稱PSS)，這個是一個基於X.25的分組交換網，主要用於提供區域網和網際網路之間的線路租用連接。它是透過使用永久虛擬線路(PVCs)來實現的。如今，該術語不僅指提供PVCs的中繼和異步傳輸模式(ATM)，還指網際網路協議(IP)、GPRS以及其他分組交換技術。

雖然有幾種傳輸技術與PSDN表面上很相似，例如綜合業務數位網(ISDN)和數位用戶線路(DSL)等技術，但它們並非PSDN的一種。ISDN使用PSTN電路交換網絡，而DSL使用承載於PSTN本地迴路(銅纜)之上的點對點電路交換通信，通常被用於訪問分組交換的寬頻IP網絡。