移动通信系统中的卫星传输
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移动通信系统中的卫星传输
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1 什么是卫星通信
卫星通信是指利用人造地球同步通讯卫星作为中继站转发无线电信号，在多个地面站之间进行的通信。一般三颗同步卫星就可以覆盖地球的几乎全部面积，可以进行24小时的全天候通信。
卫星通信系统由通信卫星和地面部分——通信地面站两大部分构成。
通信卫星实际上就是一个悬挂在空中的通信中继站。
它居高临下，视野开阔，只要在它的覆盖照射区以内，不论距离远近都可以通信，通过它转发和反射电报、电视、广播和数据等无线信号。
卫星通信的基本工作原理：
· 地面站1发出无线电信号；
· 这个微弱的信号被卫星通信天线接收；
· 在通信转发器中进行放大，变频和功率放大；
· 再由卫星的通信天线把放大后的无线电波重新发向地面站2；
从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通信。
卫星通信的例子：
a) 北京市某用户要通过卫星与大洋彼岸的另一用户打电话；
b) 先要通过长途电话局，由它把用户电话线路与卫星通信系统中的北京地面站连通；
c) 地面站把电话信号发射到卫星；
d) 卫星接到这个信号后通过功率放大器，将信号放大再转发到大西洋彼岸的地面站；
e) 地面站把电话信号取出来，送到受话人所在的城市长途电话局转接用户。
2 移动通信系统中卫星传输概述
卫星通信的使用场景
移动通信中使用卫星传输，一般在设备地理位置距离较远，且传输很昂贵的情况下，或者想使用卫星传输做备份时，才会采用卫星传输信令、话路。
目前现网主要是采用传统方式下，由于从BSS/RNC到MSC要走卫星，即使呼叫当地，语音也要通过卫星到远端的MSC交换再回来，要通过卫星走两次，语音时延不能忍受，而且语音需要较大的卫星传输带宽。
软交换MSC采用R4架构，信令和承载相分离，分为MGW和SERVER两个部分，分别完成语音数据和信令的处理。流量比较小的信令处理部分及话务量较小的长途话路可以通过卫星传输。而本地话路直接由本地MGW完成交换，这样一方面大大减少本地话路的时延，同时也节省很大一部分卫星传输带宽。
卫星通信时如何节省卫星链路
· 对卫星信令、卫星传输一般作为备份，在主干传输中断情况下，再使用卫星。
· 在接入侧（BSC/RNC）或固定交换机（如：PBX）所在地部署一个接入MGW，此MGW和MSC之间可以通过卫星传输信令，此MGW和BSC/RNC或固定交换机（如PBX）之间用本地传输连接，保证本地的通话使用本地传输，不上卫星。
· 节省上述的卫星传输，可以考虑较低速率的编解码，以及一些压缩技术，但是这些都是需要BSC/RNC和固定交换机支持。
3 组网方式
软交换MSC信令接口完全支持卫星传输，包括：BSSAP/(TDM/IP)，ISUP/(TDM/IP)，
软交换MSC话路接口也完全支持卫星传输：包括IP方式和TDM方式。
信令链路组网
图1. 信令链路组网
1. Mc接口（MSC SERVER与MGW之间）
软交换MSC完全支持Mc接口所采用协议，Mc接口的传输可以基于IP的卫星传输承载，也可以基于TDM的卫星传输承载。
2. MSC SERVER 与 BSC（A接口）
A接口的BSSAP信令，MGW通过卫星透传BSC BSSAP信令到MSC SERVER。MGW和MSC SERVER之间使用TDM半永久链接，也可以使用IP承载。
对于TDM承载，可以通过MGW和MSC Server之间的TDM半永久链接将A接口信令透传到MSC Server。
对于IP承载，BSS和MGW之间是TDM承载，MGW和SERVER之间使用IP承载。MGW支持内置SG功能，通过M2UA或者M3UA的方式，将TDM域传输的A接口信令转换到IP域中传输，然后透传到MSC Server，M2UA走IP通过卫星透传到MSC SERVER。
3. MSC SERVER 与 PSTN
MSC SERVER 与 PSTN间的ISUP信令，通过MGW转发。MGW通过卫星透传MSC SERVER和PSTN之间ISUP信令，可以是IP或者TDM承载。
对TDM承载，可以通过MGW和MSC SERVER之间使用TDM半永久链接将7号信令透传到MSC Server。
对于IP承载，PSTN和MGW之间是TDM承载，MGW和SERVER之间使用IP承载。MGW使用内置SG功能，通过MTP2（TDM）到M2UA（IP）转换的方式，将TDM域传输的7号信令转换到IP域中传输，然后透传到MSC Server，M2UA走IP通过卫星透传到MSC SERVER。
话路组网
MGW支持IP/TDM承载的卫星传输，因此可以通过卫星传输方式组成话路网。数据业务可以通过MGW提供的IWF资源来实现。
对于本地呼叫，话路无需经过卫星传输，可以直接由本地MGW完成话路交换。由于本地呼叫没有卫星传输时延，所以极大的提高了网络质量。同时这样组网也减少了卫星传输带宽，极大的节约了系统运维费用。
对于长途呼叫，话音可以通过卫星传输, 采用TDM承载时，卫星Modem可以将64K的语音压缩到8K或者16K后再上卫星传输，这样也可以节省卫星传输带宽，但是语音质量比较差。采用IP承载时，软交换MSC支持VoIP，采用AMR语音编码和VAD技术，能够节约2/3的语音带宽，同时还能保持良好的语音质量。
语音信号使用卫星传输和陆地传输唯一的不同就是时延。传输的稳定性由卫星传输链路保证。所以，对语音信号质量，两者是一样的。由于卫星传输存在端到端延时，所以打卫星电话，听到对方的响应会有等待时间。而本地电话，延时很小，所以通话双方为实时交流。
辅助设备考虑
移动通信系统使用卫星通信时，需要通过外置的Modem连接卫星。
如果基于IP承载，需要卫星Modem支持IP传输，目前Comm Stream（RadyneCommstream）公司已推出了支持 IP传输的卫星Modem(IPSat) 产品，可以支持IP口。
如果基于TDM承载，需要卫星Modem支持TDM传输。
4 时延和语音质量分析
接续时延分析
利用同步通信卫星传输信令，一般单向传输时延在230~270ms，往返传输时延达到540ms。所以在呼叫过程中的传输时延 = 往返卫星次数*540ms。
一般呼叫，若A接口走卫星传输，算上鉴权、加密，MSC同BSC之间的通过卫星交互需要往返10次，时延达到；若不考虑鉴权、加密，MSC同BSC之间的通过卫星交互需要往返6次，时延达到3s。
TDM/IP链路检测分析
当配置TDM链路传输走卫星时，MTP层检测链路的默认周期为12s，因此一般不会影响MTP的链路使用。
当配置IP（SCTP）走卫星时，应该根据具体的卫星传输时延、丢包率、带宽等参数调整SCTP参数。目前默认配置5次重传，路径重传的时间达到6s，偶联重传时间达到8s，基本可以满足链路不中断要求。
本地语音时延分析
本地语音呼叫，没有延时。
长途语音时延分析
由于长途呼叫要跨MGW的，需要走卫星传输，同时语音需要压缩和解压缩的过程，压缩率可以达到8:1，会产生时延，该延时对语音的质量没有影响。
对于TDM传输，MGW之间不需要编解码，由MGW引入的延时为2ms。对于IP方式，AMR采用20ms打包，MGW之间的延时小于60ms。
所以由MGW设备引入的延时很小，延时主要取决于卫星传输延时。在中国深圳的测试表明，卫星电话基本功能正常，话音清晰，有时通话中语音不连续和接续时间延长，这是由卫星传输时延造成，卫星传输的所固有问题，用户可以接受。
附：
MSC Server
MGW
MGW
Satellite
BSSAP/TDM
ISUP/TDM
BSS
PSTN
BSSAP/TDM
ISUP/TDM
ISUP/TDM
BSSAP/TDM
MSC Server
MGW
MGW
MGW
Satellite
IP/TDM
IP/TDM
IP/TDM
TDM
PSTN
2010-10-11
XX机密，未经许可不得扩散
第7页, 共8页
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海事卫星电话
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目录 1 简介
2 海事卫星宽带业务将覆盖全球
3 海事卫星与海上航行安全
4 Inmarsat（国际移动卫星通信系统）
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1 简介
2 海事卫星宽带业务将覆盖全球
3 海事卫星与海上航行安全
4 Inmarsat（国际移动卫星通信系统）
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海事卫星电话-简介
国际海事卫星电话（International Maritime Satellite Telephone Service）指通过国际海事卫星接通的船与岸、船与船之间的电话业务。
海事卫星电话用于船舶与船舶之间、船舶与陆地之间的通信，可进行通话、 数据传输和传真.
海事卫星电话的业务种类有遇险电话、叫号电话和叫人电话。我国各地均开放海事卫星电话业务.
海事卫星电话通过国际公用电话网和海事卫星网连通实现。海事卫星网路由海事卫星、海事卫星地球站、船站以及终端设备组成。海事卫星覆盖太平洋、印度洋、大西洋东区和西区.
每个洋区有一个由3位数字组成的编码：太平洋地区为"872"，印度洋地区为"873"，大西洋东区为"871"、西区为"874"。
船只的电话号码一般按编号办法规定由7位数字组成。
海事卫星电话可由用户自己直拨或通过话务员接续。
陆地用户直拨国际海事卫星电话的拨叫格式为： 国际冠字 洋区编码 船只电话号码 国际海事卫星电话业务的资费由公用电话网和海事卫星网两部分费用组成。海事卫星电话-海事卫星宽带业务将覆盖全球
“国际移动卫星公司（In-marsat）率先在陆地上推出宽带业务BGAN后，目前正积极向海上、航空领域发展，明年三季度将在飞机上、海上实现信息化。待第三颗星发射后，海事卫星宽带业务明年将实现全球覆盖。”国际移动卫星公司董事会主席兼CEO安德鲁·苏卡瓦蒂（AndrewSukawaty）日前来华时在北京表示。
据安德鲁介绍，国际移动卫星公司将在海上实现BGAN宽带服务，计划2007年第三季度在市场投入商用，利用海上宽带业务实现海上信息化。此外，他们力争明年第三季度推出空中宽带业务。届时，乘客们在飞机上便可享受上网服务。
以前，海事卫星电话又大又沉。“我们将于明年提供手持机话音服务，每部手机售价在450美元左右。”安德鲁说，海事卫星的手机将变得越来越小巧。这一变化缘于2006年9月4日，国际移动卫星公司与Aces（亚星）正式签署合作协议，收购了亚星。国际移动卫星公司入主亚星后，将改造亚星的网络体系，并将其融合进In-marsat网络体系，满足用户对移动卫星手持机在质量和价格上的诉求。
作为海事卫星在中国的唯一运营商，中国交通通信中心主任杨洪义表示，正在考虑向中国民航、海事单位提供有关宽带业务，届时，乘客在飞机上、船舶上都能以492K的速度上网。
据安德鲁透露，国际移动卫星公司目前已经具备了两颗卫星，第三颗四代星计划2007年底发射。第三颗星发射以后，除了南北极以外，可以实现宽带业务的全球覆盖，卫星手持机业务的应用范围也从亚洲扩展到全球。海事卫星电话-海事卫星与海上航行安全
国际海事卫星与海岸电台共同构成了船舶航行时的通讯服务。在近海，可以通过海岸电台和陆上进行通讯，可是到了茫茫无际的大洋上，海岸电台就失去了作用，此时，只有通过海事卫星进行沟通。目前，海事卫星担负着国际、国内海事遇险安全通信和公众通信的重要功能，有专线与中国海上搜救中心连接。其先进的技术完全可以实现为搜救协调中心提供海难现场情况、传输图片和视频图像、进行视频电话等。
提供全球范围海事卫星移动通信服务的政府间合作机构是国际移动卫星公司，其前身是国际海事卫星组织（Inmarsat），成立于1979年。中国以创始成员国身份加入该组织，并指定交通部交通通信中心所经营的北京船舶通信导航公司作为中国的签字者，承担有关该组织的一切日常事务，是Inmarsat所有中国事物的惟一合法性经办机构，并负责运营北京海事卫星地面站。1999年，国际海事卫星组织改革为商业公司，更名为国际移动卫星公司。
北京海事卫星地面站为海上、空中和陆地用户提供了全球、全时、全天候的移动卫星通信服务，也为抢险救灾等紧急通信发挥了重要的、不可替代的作用，不仅有效的保障了船舶安全，成为全球海上遇险与安全系统的一部分，而且作为公众通信的补充，充分展示其高效、灵活、优质的通信能力，是交通信息化基础网络的重要组成部分。
日前，国际移动卫星通信公司（Inmarsat，原国际海事卫星组织）成功发射了第四代移动通信卫星，它与Inmarsat之前发射的9颗卫星共同构筑的卫星通信网络将进一步为海上安全航行、遇险搜救提供更加可靠的通信保障。
当地时间3月11日16时30分，北京时间3月12日5时30分，Inmarsat耗资16亿美元研制的第四代移动通信卫星，在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角发射成功。同时，依托于新卫星建立的BGAN（Broadband Global Area Net）宽带全球区域网络业务的正式推出也进入倒计时状态。
国际移动卫星公司第四代卫星成功发射将全面解决陆地移动通信网络覆盖不足，而数据和视频通信需求无处不在的矛盾，将为海上安全航行、遇险搜救提供更加可靠的通信保障。此次发射的卫星是国际移动卫星公司第四代移动通信卫星系统3颗卫星中的第1颗，也是目前世界上体积、容量、重量最大的移动通讯卫星。按计划，第2颗、第3颗卫星将于今年7月和年底相继发射升空。
目前主要应用有卫星水情自动测报系统，移动卫星车辆监控系统等。在海事的应用还主要体现在数据连接、船队管理、船队安全网和紧急状态示位标，以及更多的基于Inmarsat所提供的业务而开发的应用服务，促进了海上航行安全和海上商业往来的繁荣。还为海事遇险救助和陆地自然灾害提供免费应急通信服务。海事卫星电话-Inmarsat（国际移动卫星通信系统）
Inmarsat系统是由国际海事卫星组织管理的全球第一个商用卫星移动通信系统。原来中文名称为“国际海事卫星通信系统”，现更名为“国际移动卫星通信系统”。°在20世纪70年代末80年代初，Inmarsat租用美国的Marisat、欧洲的Marecs和国际通信卫星组织的Intelsat-V卫星（都是GEO卫星），构成了第一代的Inmarsat系统，为海洋船只提供全球海事卫星通信服务和必要的海难安全呼救通道。第二代Inmarsat的三颗卫星于20世纪90年代初布置完毕。
对于早期的第一、二代Inmarsat系统，通信只能在船站与岸站之间进行，船站之间的通信应由岸站转接形成“两跳”通信。目前运行的系统是具有点波束的第三代Inmarsat，船站之间可直接通信，并支持便携电话终端。
（1）系统的组成
Inmarsat系统（第三代）的空间段由四颗GEO卫星构成，分别覆盖太平洋（卫星定位于东经178°）、印度洋（东经65°）、大西洋东区（西经16°）和大西洋西区（西经54°）。系统的网控中心（NOC）设在伦敦Inmarsat（国际移动卫星组织）总部，负责监测、协调和控制网络内所有卫星的操作运行，包括对卫星姿态、燃料消耗情况、星上工作环境参数和设备工作状态的监测，同时对各地球站（岸站）的运行情况进行监督，并协助网络协调站对有关运行事务进行协调。
系统在各大洋区的海岸附近有一些地球站（习惯上称为岸站），并至少有一个网络协调站（NCS）。岸站分属Inmarsat签字国主管部门所有，它既是与地面公用网的接口，也是卫星系统的控制和接入中心，其功能有：响应用户（来自船站或陆地用户）呼叫：对船站识别码进行鉴别，分配和建立信道；登记呼叫并产生计费信息；对信道状态进行监视和管理：海难信息监收：卫星转发器频率偏差的补偿；通过卫星的自环测试和对船站的基本测试等。典型的岸站天线直径为1lm～13m。网络协调站对整个洋区的信道进行管理和协调，对岸站调用电话电路的要求进行卫星电路的分配与控制；监视和管理信道使用状况，并在紧急情况下强行插入正在通话的话路，发出呼救信号。
Inmarsat系统的组成如图7-21所示，地面段包括网络协调站、岸站和船站（移动终端）。在卫星与船站之间的链路采用L波段，上行～，下行～ ；卫星与岸站之间是C和L双频段工作。传送话音信号时用C波段（上行～ ，下行～斗L波段用于用户电报、数据和分配信道。
对于卫星至海面船只的“海事”信道，由于船站对卫星的仰角通常都大于10°，而海面对L波段的电磁波是足够粗糙的，所以不存在镜面反射分量。因此接收信号除直射分量外，只包含漫反射的多径分量，这种“海事”信道为莱斯（Rician）信道。
（2）各类Inmarsat终端简介
Inmarsat的船站主要有A，B，C三种标准型，其主要参数见表。A型站是系统早期（20世纪80年代）的主要大型船舶终端，采用模拟调频方式，可支持话音、传真、高速数据（用户电报），采用BPSK调制/解调方式，速率为56/64kb/s，并有遇险紧急通信业务。
Inmarsat B是A型站的数字式替代产品，支持A型站的所有业务，数字话音速率为 16kb/s，比A型站有更高的频率和功率利用率（A型站带宽为50kHz，B型为20kHz；B型站使用的卫星功率仅为A型的一半），空间段费用大大降低，同时终端站的体积、质量比A型站减少了许多。
C型站是用于全球存储转发式低速数据小型终端。船载或车载C型终端采用全向天线，能在行进中通信。便携式或固定终端采用小型定向天线。C系统的信道包括信息信道和信令信道等，速率为1200b/s，其中信息信道传输速率为600b/s（也是C型终端传输速率）。支持数据、传真业务，还广泛用于群呼安全网，车、船管理网，遥测、遥控和数据采集，以及遇险报警等。
D型终端是用于Inmarsat全球卫星短信息服务系统的地面终端，它支持总部与边远地区人员、无人值守设备和传感器之间的双向短信息通信。终端可接收128个字符的信息，也可发送短信息（少于3个字节）和长信息（少于8个字节），终端可内置GPS接收机。
E型终端是卫星应急无线电示位标终端，是全球海上遇险告警专用设备。船舶遇险时， E型终端将漂浮海面，并立即发出告警信号（包括位置坐标、船舶的等级等），经卫星传到 Inmarsat的应急无线电示位标处理器。通常，遇险信息能在一分钟之内传送到搜救中心。
M型终端是小型的数字电话（
Inmarsat-3点波束系统，M型终端演变为更小的Mini-M或称Inmarsat-Phone型，其体积、质量与笔记本计算机相当。该终端已得到了相当广泛的应用。
航空终端（1nmarsat-Aero）用于飞机之间和飞机与地面之间的通信。航空终端有多种型号。Aero-C型是Inmarsat-C的航空版，以存储转发方式收、发数据、电文，信息速率为256b/s，该终端采用刀形天线，增益为0dBi。Aero-H终端主要用于远程商用大型飞机。该终端有6/12条话音/数据信道，终端具有增益为12dBi的高增益天线。Aero-I是目前应用较广泛的航空终端，它有1～4条话音/数据信道，在第三代卫星的点波束内可通电话（
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