卫星通信系统在海运业的应用需求及发展趋势

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摘要：本文从三种现有海上卫星通信系统的技术指标及其应用现状，结合海运业的需求特点，以未来海运业对海上卫星通信在科技、经济、市场等方面的新技术、新发展和新需求，对海上卫星通信的发展应用前景和趋势进行了展望，得出今后我国海上卫星通信走向数据宽带化、费用低廉化、使用简便化、终端小型化已经成为一种主流趋势的结论。

关键词：海上宽带卫星 铱星 舒拉亚卫星 卫星通信

中图分类号：TM927 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）05-0031-03

1 引言

大国之路始于海洋，地球上70%的面积是海洋，我国也有超过300万平方公里的海域。据统计，现在全球90%的贸易运输总量由海运业承担，海运业已经成为一个国家的战略性产业，是一个国家强盛的重要标志。为了适应我国海上经济和安全的发展需要，打通和维护海上生命线，维护国家重要的经济利益，使海洋中的各种船只、平台、岸站以及海运企业之间保持畅通的通信。卫星通信凭借其相对其他通信方式覆盖范围广、通信距离远等优势，成为海运业信息传输的主要手段，同时利用海上卫星通信将推动海运业的快速发展。

2 海上卫星通信应用现状

Inmarsat（国际海事卫星组织）成立于1979年7月，并于1982年建立了第一代国际海事卫星通信系统，成立后一直走在海上卫星服务行业最前沿，是全球业务发展最好，技术最先进的移动卫星通信和信息系统。它利用同步卫星向航海和海上工业提供遇险和安全通信服务及电话、电传、数据和传真[2][5]。

2.1 Inmarsat系统的应用

Inmarsat系统自1982年开始经营以来，现在已经发展到第四代，且其计划2013年开始发射第五代卫星系统Global Xpress，2014年完成全球覆盖，第五代系统采用Ka频段，可提供高达50Mbps的数据传输速率，满足用户对更高带宽的需求[4]。目前Inmarsat利用11颗GEO卫星组成的3个星座在全球范围提供卫星移动通信服务（图1），其中最新的是其3颗Inmarsat-4卫星。Inmarsat-4卫星采用了一副能产生多波束的9m直径的L频段大天线和一台具有信道选择和波束成形功能的透明弯管式数字信号处理器，共有200个点波束、19个宽波束和1个全球波束，其点波束提供用户终端的卫星等效全向辐射功率强度高达67dBW。它的应用将使用户终端进一步小型化，实现手持式用户终端电话通信，并使通信数据速率进一步提高，实现432kbps高清晰视频直播移动通信。

2007年，Inmarsat依托耗资16亿美元打造的海事卫星第四代通信网络，推出了针对海上用户的FleetBroadband业务。用户使用该业务在海上通过一台笔记本电脑大小的终端就可以实现全球区域宽带网络互联。FleetBroadband基于IP协议，可同时提供两种业务：持续的话音传输和数据传输，其传输速率最高可达432kbps。2011年9月最新的FleetBroadband增强服务包括语音呼救服务和多语音服务。语音呼救服务可自由使用，确保在发生紧急情况时，所有配备FleetBroadband的船上正在进行的非优先电话呼叫被中断，呼叫者将直接被连接到海上救援协调中心（MRCC）。

2.2 Iridium系统的应用

Iridium系统是美国摩托罗拉公司（Motorola）于1987年提出的低轨全球个人卫星移动通信系统，它与现有通信网结合，可实现全球数字化个人通信。1998年11月开始商业运营，2000年3月破产，2001年新的铱卫星公司成立，并重新提供通信服务[6]。该系统全球覆盖包含两极地区，星上转发器采用先进的处理和交换技术和多波束天线技术，且卫星之间具有网状的星际链路，是最先进的低轨卫星通信系统。其星际链路和馈线链路为Ka频段，用户链路为L频段。它能够向用户提供电话、传真、数据和寻呼等业务。

2008年10月，铱系统根据海运市场需求推出了一项具有挑战性的新业务“OpenPort”（图2），极大地提高了海上卫星通信带宽。OpenPort可以提供全球无缝隙移动宽带语言和数据服务，通过最多同时使用三条电话线路，可实现数据在IP全网高速链路中一直保持128kbps的高速传输。OpenPort通信主机中包含三个RJ11电话插孔，最多可支持三方同步语音通话。

2.3 Thuraya系统的应用

Thuraya系统是一个由总部设在阿联酋阿布扎比的Thuraya卫星通信公司建立的区域性静止卫星移动通信系统。Thuraya系统的卫星网络覆盖包括欧洲、北非、中非、南非大部、中东、中亚、南亚等110个国家和地区，约涵盖全球1/3的区域，可以为23亿人口提供卫星移动通信服务。Thuraya系统终端整合了卫星、GSM和GPS三种功能，可向用户提供语音、短信、数据、传真、GPS定位业务。最近几年Thuraya业务发展顺利。2007年，Thuraya推出卫星/GSM 双模移动电话Thuraya SG-2520；2008年1月，Thuraya-3卫星升空，进一展步扩了在亚洲和澳大利亚的覆盖（图3）。

2008年夏天，Thuraya推出了一项名为“ThurayaMarine”的新业务，能为各种小型和中型水面船只，如渔船、货船、客轮和游艇等提供高性能无缝隙通信，用于捕鱼、海洋研究、海洋导航、救援、港口作业、海上运输、军事等。ThurayaMarine提供速率达9.6kbps的语音、短信、数据、传真、因特网接入、公司局域网接入、电子邮件、应急告警、GPS、气象数据更新等业务，速率达60kbps的分组数据传输，并支持“永久在线”。另外ThurayaMarine在固定机座和无线终端上分别设计了一个在紧急情况下使用的红色遇难求救按钮，如果遇有紧急情况，只需一键触发，就可将船舶位置信息以短信和电子邮件的形式发送给三个预设的联系人

3 海运业发展对海上卫星通信的需求

海运业正处于快速发展阶段，对高速数据业务的需求越来越强烈，海运业的不断发展，必将促使海上卫星通信技术的飞速发展。

3.1 信息技术的飞速发展的需求

近年来IT消费市场以惊人的速度蓬勃发展，越来越多的消费者开始青睐智能手机、掌上电脑等IT产品。而这种变化无疑对IT和通信产业是具有重大意义的。因为这种变化不仅改变了人们对服务质量的需求，而且对业务类型的要求也越来越多样化，同时还要求IT和通信运营商在技术开发和服务安全上能够领先一步。海运产业也不例外。现在许多船员也期望能够像在岸上一样很轻松地使用计算机玩大型网络游戏，和家人视频聊天，使用智能手机在船上上网冲浪等。这些需求使得海运企业不得不考虑一些实际问题，比如通信费用，网络安全等。二是云计算技术的兴起。虽然目前云计算技术在海上卫星通信系统上的应用还停留在理论阶段，但是随着海上卫星通信数据传输速率的不断提高，在船舶上实现云计算、云存储已不是一个梦，在不远的将来，船上的生活将和陆地上一样丰富多彩。

3.2 企业追求利润的方式的需求

运输业中最令人头痛的问题无疑就是不断上涨的油料费用。近些年来，一些发达国家物价不断上涨，通货膨胀严重，促使国际油价不断攀升，而海运企业为了节省支出费用，总会预先支付好几年的卫星通信费用，从长远来看，这种支付方式可以显著地降低资本支出和运营成本，同时也会对海上卫星通信的发展起到积极的推动作用。比如2008年底的全球金融危机中，许多产业都受到很大的冲击，海运产业也不例外，这就引起了海运企业资金周转困难。由于通信费用在整个海运业的费用支出中占1%～2%，在这种情况下，许多海运企业不得不寻求更为有效的盈利模式。

3.3 海运业自动化程度的提高的需求

随着国际海运业欣欣向荣的发展，船舶的装载量不断扩大，配员不断减少，船舶的安全管理、航运管理、装卸管理等船队管理业务也逐渐地转移到陆地上进行。对于可预计的各种船舶信息自动化管理，比如下一个港口要卸载多少品种多少数量的货物，同时要装载多少货物等等，现在现有的海上卫星通信已经逐渐满足不了这种需求。另一方面，由于船舶的自动化程度越来越高，远程控制的使用逐渐盛行，船舶信息网络系统也愈发显得重要，这就对海上卫星通信网络的可靠性和有效性提出了更高的要求。

4 海上卫星通信发展趋势

第一，海运高端市场对卫星带宽的需求越来越强烈。随着Internet的飞速发展，海运用户对多媒体业务的需求量将会超过话音业务，船员也期望能够在船舶上收看高清网络电视、玩大型网络游戏、与家人进行视频聊天等。目前Ka频段宽带卫星通信技术已经成熟，且在陆地上得到了一定的应用，但是用于海运业的历史尚短，2010年8月，Inmarsat国际移动卫星组织宣布，与美国波音公司签署合同，购买3颗89固定点波束的Ka频段卫星。该组织计划于2014年启用Ka频段系统，并将其命名为Global Xpress，此系统将可为海运业提供50Mbps的传输速率。

第二，海上卫星通信网将和地面蜂窝移动通信网进一步融合。由于船员对多媒体业务需求的不断增加，他们希望能在船上任何地方通过自己的一部智能手机打电话、发短信或者上网冲浪。但是卫星通信的一个致命缺点就是遇有遮挡就形成信号盲区，并且现在的船舶出于安全的考虑，各舱都使用金属相互隔断，从而导致无法在舱内使用卫星通信服务。但是只要在船上建立一个微型蜂窝基站，在各主要舱内建立无线热点，使用有线连接船上基站和舱内各无线热点，使用已有的卫星链路替代地面上基站到基站之间的有线连接，未来各种智能手机将可在卫星和地面蜂窝网络中无缝地自由切换，船员们将会享受到和地面蜂窝移动通信一样的服务。

第三，海上卫星通信将与卫星定位服务相结合。长久以来，船员和货物安全一直是海运业第一要务。近几年海盗问题已经成为影响全球海运业的最大安全隐患，而要解决这个问题，就必须及时得到遇险船只的具置，提高海上救援效率，正是这种需求促进了海上卫星通信系统与卫星定位系统之间的结合，目前已有多个海上卫星通信终端支持基于GPS的卫星定位服务（比如ThurayaMarine），同时我国的“北斗”卫星导航定位系统也具备了向我国海域地区提供服务的条件，预计2012年可为亚太地区用户提供服务，因此把“北斗”系统与海上卫星通信系统结合对我国具有重要的战略意义。

5 结语

以信息技术为主导的第三次产业革命对社会的发展产生了深远的影响，海运业作为国家的战略性产业，如同其它产业一样，也正经受着深刻的发展变化。海运业的不断发展变化对海上卫星通信提出了更多的要求，为了不断满足海运业的发展变化，海上卫星通信走向数据宽带化、费用低廉化、使用简便化、终端小型化已经成为一种必然趋势。我国海上卫星通信起步较晚，目前还处于低水平阶段，因此借鉴国外发展经验和教训，努力发展我国自主知识产权的全球海上宽带卫星通信系统是我国卫星通信事业的一项重要任务。

参考文献

[1]Shipping’s evolving SATCOM Needs， SatMagazine-November 2011

[2]徐烽，陈鹏.国外卫星移动通信新进展与发展趋势[J].电讯技术2011，（6）.

[3]李炜.海事卫星通信市场增长率超过100%，卫星与网络.

[4]卢珊珊，冯少栋，张更新.海事卫星通信的发展应用现状初析[J].数字通信世界2009，（3）.

[5宋立军，杨锐，唐伟文.商用卫星通信发展概述[J].电讯技术2010，（4）.

[6]张俊祥.卫星通信发展展望[J].无线电通信技术2012，（4）.