卫星移动通信系统在通信中的应用范文

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摘要：分析了将自主卫星移动通信系统应用于海上通信的必要性，以及我国海上卫星通信应用的现状和存在的问题；提出了自主卫星移动通信系统在海上通信的应用解决方案，并对自主卫星移动通信系统在海上通信应用的重要性进行了研究。

关键词：卫星移动通信；海上通信；自主卫星；海洋应用

1引言

我国是一个濒海大国，东南两面临海，渤海、黄海、东海和南海四大海域总面积350万平方公里，大陆海岸线长达18000多公里，港湾众多、岛屿密布。因此，开展海洋信息化建设，进行对海洋资源的保护、开发以及高效管理，实现可持续发展，一直是我国各级海洋主管部门的主要任务。由于海洋环境的特殊性，海上远程通讯、高速实时数据传输手段已成为制约海洋信息化建设的主要技术瓶颈。而卫星移动通信由于运行稳定、干扰少、组网灵活、通信成本与距离无关、可提供不受地理环境限制的广域覆盖等优点，被认为是最有效的海上通信手段。“天通一号”卫星移动通信系统是我国自主建设的第一代大容量GEO卫星移动通信系统。该系统采用多波束覆盖我国领土和领海，可提供话音、短信、传真、数据和图像等多种业务，具有资源自主可控、全天候服务、无通信盲区、传输安全可靠、设施抗毁性高、与公共网络互联互通、适合支柱行业和政府机构等关键部门应用等特性，在应急通信、海上通信和普遍服务等方面独具优势。因此，有必要推进“天通一号”卫星移动通信系统在国家海洋领域的应用，不仅可以完善国家海洋信息服务网络，还可以提高国家在海洋行业的信息获取能力，推动海洋经济高速发展。

2应用现状

我国自主研发、针对车载、船载和机载等中小型平台和个人移动通信设计的第一代卫星移动通信系统尚未开通，长期以来主要通过Inmarsat系统的卫星移动通信服务以及国内北斗卫星导航系统的短报文业务来满足我国海上卫星移动通信的需求，并在海洋应急救援、海洋防灾减灾、渔业管理、目标监控和数据采集应用等方面发挥了重要作用。

（1）Inmarsat系统

自1979年成立至今，国际海事卫星组织（Inmarsat）技术不断革新和演进，目前已经发展至第五代系统，并成为世界上唯一能为海、陆、空各行业用户提供全球化、全天候、全方位卫星移动公众通信和海上遇险安全通信服务的通信系统。Inmarsat目前拥有并运营着全球庞大的卫星通信网络之一，运营着13颗同步轨道卫星，可以向南极、北极83°以内的区域提供电话、传真、宽带数据业务和海上遇险与安全通信，为50万台卫星终端提供网络服务和应用。目前，主用的第四代系统有4颗卫星（第4颗为备份卫星），可以提供全球宽带局域网（BGAN）业务，可支持用户最高数据速率达到492kbit/s。第五代系统（Inmarsat-5）已于2015年8月完成部署，利用3颗Ka卫星组成全球高速（GlobalXpress）移动网络，可提供下行50Mbit/s、上行5Mbit/s的高速数据传输。虽然覆盖范围大，但Inmarsat系统为国外建设和运营，其卫星终端和通信资费都较为昂贵，且卫星资源受制于国外，渔船通信等敏感数据的安全性难以保障，给我国战略和信息安全带来严重隐患。

（2）“北斗”卫星导航系统

“北斗”卫星导航系统是我国自行建立、具有自主知识产权的卫星导航定位系统，目前已对包括我国本土在内的东南亚地区实现全覆盖，后续将于2020年完成全球覆盖。“北斗”卫星导航系统设备具有适装性好、成本低等优点，目前已经广泛应用于各类船载平台，提供授时、定位、导航和短报文服务。但由于“北斗”卫星导航系统不是专为通信设计，其通信能力较弱且系统容量受限，不能支持话音和高速数据业务，难以满足海上通信对话音、数据和视频等综合业务的应用和传输需求。

（3）自主卫星移动通信

“天通一号”卫星移动通信系统是我国自主研制的第一代大容量地球同步轨道移动通信系统，系统以保证针对个人和车辆、飞机、船舶等移动平台的话音、短信、传真、数据、视频回传等中低速移动通信业务为主，可提供直接面向各行业指挥中心和个人、全天候的移动通信服务。“天通一号”系统01星已于2016年8月6日发射成功，目前地面应用系统已完成部署，即将正式提供服务，届时将成为用户容量不少于100万，服务范围包括国土及周边、太平洋及印度洋大部分海域的区域性卫星移动通信系统，为政府、军队、行业、公众等领域提供自主可控的移动通信服务。根据规划，“天通一号”02星和03星将分别在01星东西两侧部署，形成对太平洋中东部、印度洋海域及“一带一路”区域的常态化覆盖，将进一步扩充海上通信的可使用区域。“天通一号”卫星星上采用透明转发方式，系统支持星状组网，即用户终端通过信关站以单跳方式访问地面网络，以双跳方式实现网内用户终端之间的通信，并能够与地面PSTN、PLMN、Internet、行业专网等网络实现互联互通。“天通一号”卫星移动通信系统的终端主要有手持型、便携型、车载型、数据采集型、壁挂型、背夹型等多种形态，根据应用需求支持1.2~384kbit/s速率分档可变的话音、数据和短信等多种业务和定位功能，可广泛用于不同行业和业务场景。

3应用解决方案

3.1海洋综合信息服务系统

针对海洋信息化建设的综合业务应用需求，集成“天通一号”卫星移动通信系统、北斗卫星导航系统、GPS卫星系统、互联网、移动通信网络、地理信息系统等高新技术，利用异构网络平台融合构建一个海洋综合信息服务系统，形成覆盖天、地、海的立体化、大区域的一体化通信网络。海洋综合信息服务系统架构主要由天通移动通信卫星、北斗定位卫星、民用信关站、船载终端、浮标终端和海洋综合信息服务中心等几部分构成（见图1）。该系统利用卫星移动通信系统和北斗导航系统，通过一体化的传输与路由、接入与控制、运维与管理机制，实现了船与岸、船与船之间话音、短信、数据、视频回传、船舶位置管理、警报/预警等多样化业务信息传输与综合服务应用，可满足海洋船舶、海洋气象、海洋水文监控以及海上应急救援、防灾减灾等领域的使用需求。海洋综合信息服务系统还可以通过民用信关站与其它通信网络进行信息交换和融合，如实现“天通一号”系统与地面PLMN、PSTN、Internet网的互联互通，为用户提供更多增值服务。

3.2应用方案

目前，“天通一号”卫星移动通信系统在海上通信领域的应用主要有五大类业务。

（1）位置跟踪和管理服务

位置跟踪和管理服务是实现船舶实时航线追踪、提升航行安全的重要手段。船舶或海洋浮标终端利用北斗导航定位系统产生自身精确的定位信息，并将当前的定位信息通过卫星链路自动、连续地发送到民用信关站业务系统中的位置服务器，海洋信息服务中心等管理部门内设置位置跟踪应用管理平台，该平台通过地面网络与位置服务器进行信息交互，提取所属用户的位置信息并进行越界监测、轨迹管理等后续数据应用，为管理部门的交通管理、紧急救援等任务提供决策支持，位置跟踪和管理应用如图2所示。此外，海洋信息服务中心等管理部门还可通过位置跟踪应用管理平台，主动查询所管理船载终端的位置信息，船载终端接收到位置查询命令后，会即时上报目前所处的位置信息。

（2）数据服务

在航行过程中，船舶可通过船载终端将自身的船位、航速、航向、船名、识别码、目的港、载货种类、航次和安全状态等相关数据信息通过卫星通信链路传输到海洋信息服务中心等管理部门，实现航行数据的实时下传。具体实现可通过VPN专线构建虚拟子网，从信关站核心网直接将航行数据路由到海洋信息服务中心，以保证航行数据安全性和业务使用便捷性。同时，船上乘客或船员还可以通过卫星链接和信关站接入到地面Internet网络，实现宽带互联网接入和邮件收发等应用，数据通信应用如图3所示。

（3）视频回传服务

“天通一号”系统还为海上通信提供了宽带多媒体手段，可实时传送海上船舶遇险实际图像和视频等信息，实现船舶安全监控与遇险救助“可视化”。船载终端将拍摄的图像或者视频信息通过卫星链路发送到民用信关站业务系统中的视频/数据回传服务器，海洋信息服务中心等管理部门设置视频回传应用管理平台，该平台通过地面网络与信关站的视频/数据回传服务器进行信息交互，即可接收所属终端的视频、数据采集信息，并进行分析和评估等后续的数据应用处理，视频回传应用如图4所示。

（4）话音调度服务

船载卫星终端可以与“天通一号”卫星通信网络内的其它卫星移动通信终端或地面网络（如PSTN、PLMN网络）的终端进行话音通信。此外，为了便于话音业务的管理和调度，海洋信息服务中心还可以搭建坐席调度指挥平台。利用该平台，各船载终端用户可以通过卫星通信网络拨打同一个电话号码，即指挥中心号码，实现与指挥中心的通信；利用该平台，指挥中心可以随时指定与某个船载终端用户进行通信，或者将某个正在与指挥中心通信的船载终端卫星电话切换到总台。

（5）短信服务

短消息业务功能是指船载卫星终端可以与“天通一号”卫星通信网络内的其它卫星移动通信终端或地面网络（如PLMN网络）的终端进行短消息通信。为了便于短信业务的管理，海洋信息服务中心等管理部门可以搭建一套短信SP应用平台。利用该平台，船载终端用户可以随时通过短信上报航行安全状态等情况；利用该平台，指挥控制中心可以通过短信下发指挥命令到一线执勤人员。

4自主卫星移动通信系统的重要作用

（1）提高维护海洋权益的能力

我国海上丝绸之路邻国众多，由于历史原因，部分海上国土存在主权争端。随着我国海上事业和当前国际形势的发展，领土主权和海洋权益争端有日益加剧之势，强化海洋国土主权宣示，提高海洋权益维护能力刻不容缓。“天通一号”卫星移动通信系统可实现海上丝绸之路无线电通信有效覆盖，既可以服务于海上丝绸之路的建设战略，又可以提高我国控海能力，减少外交争端。

（2）提高海洋应急与搜救能力，确保航运安全

海洋事业事故高发，海损事故和涉外事件时有发生，快捷、可靠的通信手段可以最大限度地减少或避免人员伤亡和经济损失，是有效预防海难发生和组织海难救助的根本保证。利用“天通一号”卫星移动通信系统，海上搜救部门可以随时跟踪航行船舶动态，随时与航行船舶保持通信联系，从而可以极大地提高海洋应急与搜救能力，确保航运安全。

（3）为国家“海洋强国”战略提供信息技术支持

目前，全球范围的海洋竞争日趋激烈，以争夺海域战略资源和空间为特征的“蓝色圈地”运动正在兴起，我国周边海域安全形势严峻，尤其南海区域地缘关系错综复杂，国家海洋战略利益面临巨大挑战。利用“天通一号”卫星移动通信系统为海上信息提供广域覆盖、安全可靠的信息传输手段，可取得海洋信息权，主导全球海洋信息化体系建设，是保障国家“海洋强国”战略意图实现的最有效手段。

（4）促进海洋经济可持续增长

随着“天通一号”卫星移动通信系统在海洋领域的应用，必将促进海洋信息网络产业化进程。如此一来，既可以拉动海洋电子装备制造、海洋软件研发、海洋信息服务等高科技产业快速发展，也能够推动海运、渔业、海洋能源等传统海洋行业向集约型、可持续性发展方向转型升级，快速形成健康、良性的产业生态圈。

5结束语

当前，我国海洋信息化建设已进入战略机遇期。首先，海上丝绸之路对海洋信息化建设提出了迫切需求；其次，全球海洋信息化建设项目为我国海洋信息化建设工作提供了重要借鉴；最后，我国海洋信息化体系建设尚处于酝酿阶段，亟需重点研发填补空白，带动海洋信息化实现跨越式发展。我国海洋资源开发利用、海上丝绸之路经济带建设、“海洋强国”战略的开展，使得“天通一号”卫星移动通信系统在海上通信领域极具潜力，具有巨大的市场应用前景。

参考文献

[1]胡刚,马昕,范秋燕.北斗卫星导航系统在海洋渔业上的应用.渔业现代化,2010(01):60-62.

[2]闵士权.军民融合创新发展我国卫星通信产业.数字通信世界,2017(03):35-40.

[3]何元智.军民融合重大举措——天通一号卫星移动通信系统[C].2016年中国卫星应用大会,2016,10.

[4]王.海上通信方式选择.中国海事,2016(08):47-48.

作者：1.肖娜；2.骆盼 单位：1.中国电子科技集团公司第五十四研究所高级工程师，2.中国电子科技集团公司第五十四研究所工程师