VSAT卫星通信系统

 

1 、系统概述

随着海洋货运、客运市场越来越火热， 海上的通信需求也越来越受到人们的重视， 海上各种船舶上的人员与岸上人员或海上其他船舶上人员进行联络的需求越来越频繁， 且随着信息化的不断发展， 人们对于通信内容和形式的要求也越来越高。 VSAT 海上宽带系统与传统的 Inmarsat卫星通信系统具有带宽大、费率低、通信效率高、性能好等特点，利用上述优点来搭建一个覆盖全面、业务立体、资源利用高效的视频回传系统具有明显优势。

中恒互联 VSAT 海上宽带系统根据船舶作业区域的特点、航线的特点、业务系统对通信质量特定要求的特点制定最优的解决方案。

1.1 客户需求

 

为满足多媒体卫星传输需要，船舶需要安装海上宽带移动VSAT卫星通信系统一套，系统需要支持自动跟踪同步卫星转发器， 并与陆地中心站形成卫星移动通信专网， 实现船岸一体化。VSAT卫星通信系统数据传输需要进行数据加密，保证数据传输的安全。系统需要配置相应的船和陆地的安全网关， 实现船岸互联，船岸网络统一。经设置账户和相应权限，船东可以远程登录到船上。

1.2 需求分析

针对用户需求，我们做出以下分析：

（一）中欧航线 ：我们考虑到使用范围， KU波段 S100-14A-0 天线带宽可以实现多种业务通信；并且能够很好的响应用户规格书的需求。因此1条中欧航线散货船配备1套S100-14A-0；

（二）东南亚航线：考虑到设备成本，KU 波段S060-14H-P ；天线带宽可以实现多种业务通信；并且能够很好的响应用户规格书的需求。因此2条东南亚航线散货船配备2套S060-14H-P；

（三）由我司开发的“卫星互联网平台”，能够满足船东“安全网关”、“账户设置”、“远程登陆”等需求。因此本 VSAT 系统中各配备 1 套卫星互联网平台。

（四）由于卫星调制解调器和语音网关是由“网络服务商”提供，我司同时作为网 络服务商，可为客户提供语音网关、VOIP电话设备。

1.3 方案概述

典型的 VSAT 业务主要分成两大部分：第一部分是 VSAT 天线系统。第二部分为网络运营相关的硬件设备(卫星猫和语音网关等设备)和软件系统，具体如下图：

 

 

2 系统方案

本方案中重点体现VSAT卫星通信系统硬件设备，所以以下介绍围绕：S100-14A-0 天线、卫星互联网服务平台等硬件展开。

 

2.1 KU 波段 VSAT 系统 S100-14A-0 简介

船载动中通天线 是一种先进的 3轴稳定Ku波段天线设备，专为 Inmarsat Global Xpress® 卫星网络设计。几十年来，因设备具有高质量和高性能等特点，使其成为专业海上通信设备的领头羊。

船载动中通天线设备通过创新设计创造了一个新的行业标准，便于使用、快速部署和可靠运行。

（一）性能最好的 VSAT卫星天线设备：

船载动中通天线设备采用先进的跟踪接收机技术，使其能够在不到一秒钟的时间内验证并锁定正确的卫星。这一独特功能在基准水兵舰队宽带系统中进行了试验和测试，可确保在启动时快速捕获卫星，并在恶劣天气或信号强度差、在临时阻塞的情况下重新捕获卫星。

（二）快速且易于部署：

与所有 VSAT 天线系统一样，船载动中通天线是轻而紧凑的。它在天线和甲板下设备之间使用一根电缆进行射频、电源和数据传输，而自动方位校准（home flag）和自动电缆校准等先进功能进一步缩短了安装时间。独特的 SAILOR 一触式调试功能完善了整个软件包，使船载动中通天线极易部署。

（三）远程访问和诊断：

为了向系统集成商提供最佳支持，根据我们世界级的客户服务，船载动中通天线提供了 远程访问和远程诊断功能，包括每月统计记录、SNMP 陷阱和系统日志。

（四）兼容性和测试：

船载动中通天线 系统的设计和测试符合最高的海上冲击和振动要求，即 IEC EN 60721， 以确保可靠的服务和最长的海上使用寿命。

2.1.1 技术参数

 

S100-14A-0船载动中通
天线参数	工作频段	发射	13.75GHz～14.5GHz
		接收	10.7GHz～12.75GHz
	天线增益	发射	≥40.5dBi@14.25GHz
		接收	≥39.5dBi@12.5GHz
	极化方式		线极化，自动
	EIRP值		≥48.0dBW@14.25GHz,BUC
	G/T 值		≥17.2dB/K@12.5GHz,20°EL
	天线类型		反射面天线
	天线口径		1.0m
	端口隔离度		≥85dB
	交叉极化隔离		≥30dB
	基座类型		三轴稳定
跟踪参数	运动范围	方位	360°，连续旋转
		俯仰	-15°～120°
		极化	≥210°
		横滚	-40°～40°
	跟踪精度		≤0.5dB（R.M.S）
系统参数	初始搜星时间		＜120s
	重捕时间		＜3s（遮挡@60s)
	工作电源		100V～240V AC
	BUC（可选）		8W
使用环境	功 耗		＜200W（不含功放）
	工作温度		-25℃～+55℃
	存储温度		-40℃～+65℃
	工作湿度		0％～95％
其他	ACU机箱尺		1U
	重量		115KG
	外形尺寸		Φ1230mm*H1340mm

 

型号		S060-14H-P
天线口径		0.6m
工作频段	接收	10.7GHz～12.75GHz
	发射	13.75GHz～14.5GHz
天线增益	接收	≥35.5dBi@12.5GHz
	发射	≥36.5dBi@14.25GHz
极化方式		线极化, 自动调整
天线类型		反射面天线
端口隔离度		≥85dB
交叉极化隔离度		≥30dB
基座类型		2轴稳定
天线运 动范围	方位	360°连续旋转
	俯仰	-7°～90°
	极化	≥240°
跟踪精度		≤0.5dB（R.M.S）
初始搜星时间		≤120s
重捕时间		＜3s(遮挡@60s)
工作电压		DC 24V(20V～30V)
功耗		≤200W（含6W功放）
工作温度		-25℃～+55℃
存储温度		-40℃～+65℃
工作湿度		0%～95%
功放位置		内置
重量		≤35Kg
外形尺寸		Φ730mm*H745mm

 

 

2.2 卫星互联网平台

 

2.2.1 平台概述

卫星互联网平台是管理船舶通信的多功能网关，在船舶端，上接通信设备，下连船舶网络，集中为船舶提供网络通信服务，能够更有序、更安全、更有效的利用通信链路。

当船舶航行于远海时考虑使用 KU 波段天线，当航行于近海时推荐同时使用 VSAT 通信、4G/5G 网络通信服务，卫星互联网平台能够根据网络信号的在线情况自动切换通信链路，节省费用。

2.2.2 链路切换

船舶能够正常航行均依赖于通信链路， 保证通讯链路畅通、安全、经济就成了船舶网络系统的重中之重。卫星互联网平台具备链路检测、链路切换功能， 根据优先级的不同而有选择的连接 VSAT卫星以及 4G/5G 网络， 通信链路示意图如下图所示。

 

图 2-2 通信链路示意图

2.2.3 上网行为管理

卫星互联网平台是连接船舶通信设备和船舶局域网的设备， 能够管理和监控船上网络的使用状况， 保障船舶通信网络的可用性和经济性， 保障通信电脑等关键设备在线和促进船员合理使用网络。卫星互联网平台网络拓扑如图 3 所示。

图2-3 卫星互联网平台网络拓扑

2.2.4 平台功能

2.2.4.1用户管理

“用户”包括使用系统上网的上网用户和管理系统的管理员用户。系统中的上网行为管理策略、 上网账户都与用户联系紧密。系统允许希望使用船上网络的人员自行注册账户，维护个 人信息，修改密码，暂停/启用网络使用功能。

2.2.4.2上网账户管理

上网账户是系统中进行计费的重要实体，该账户与传统意义上的账户有所不同，是用来管理用户上网的费用信息、总流量、已用流量和剩余流量的。用户可在系统中自行对上网账户进行添加、维护操作。

2.2.4.3上网行为管理规则设置

网络使用越来越便捷的同时，船员存在工作时间上网、滥用网络和超长时间使用网 络影响休息时间的现象。上网行为管理可以控制和管理对网络的使用，包括对网络访问 过滤、带宽流量管理和网络应用控制。

2.2.4.4链路切换

船只海上航行环境复杂， 网络服务运营商信号覆盖、信号强度和使用费用都有差别， 船上会同时接入多个网络服务。为了保障船上稳定、经济的网络使用环境，系统提供自 动切换通信链路功能和手动链路切换功能。

2.2.4.5 日志

系统为用户提供了详尽的日志，记录时间、用户及动作等相关操作的描述，分为系 统日志和用户日志。

2.2.4.6查询统计报表

可查看用户使用网络情况，在线用户使用网络情况和超时使用网络记录。

用户使用网络情况表可以展示用户名，IP，MAC 地址，使用的总体流量等信息。

在线用户统计可以看到当前在线用户的 IP，MAC 地址，实时上行速度，实时下行速 度，使用的网络等信息。

超时使用记录可以查看到哪些用户在上网行为限制条件下的上网记录，原因等信息。

2.2.5 设备规格

卫星互联网平台(网关)为1U设备，其外观如下图所示。

图 2-5 卫星互联网平台(网关)硬件外观图

2.2.6 硬件规格

卫星互联网平台(网关)的硬件设计方面，根据其功能，并发度，通信压力，确定了硬件 指标和规格，如下：

1、自主研发，具有全部源代码和知识产权。

2、卫星互联网接入功能 ，用户通过宽带通信卫星上网。 

3、支持 App和 portal认证，用户可在线购买卫星流量。

4、可与第三方流量计费系统和内容运营平台进行对接，预留接口接入第三方的应用，在统一平台上体现管理。

5、支持双固件确保网关的可靠升级、升级即使发生意外情况也不变砖。

6、通过银河云管平台对网关实现远程管理（含状态监控和固件升级）。

7、可按应用分类优先接入或着在一定的保障带宽下优先接入重要的设备或着使用的IP。

8、对用户进行识别，拦截无效用户的数据包，避免产生无效卫星流量。

9、个人可以对上网策略（行为）进行控制，防止手机偷跑流量。

10、通过 VMS船舶管理平台实现船舶的实时位置显示、电子围栏，跟踪和轨迹回放等管理功能。

11、可接入船舶（设备）数据采集传感器，提供船舶数据采集服务。

2.3 VSAT卫星通信系统功能

VSAT 卫星通信系统分为单天线/双天线两种方案。VSAT 系统基本功能：互联网宽带的接入、SIP卫星电话、 wifi 信号全覆盖。本系统同时提供局域网系统、智能信息采集及传输系统接口。

 

2.3.1 视频监控回传

2.3.2 办公网络服务

2.3.3 船员上网服务

2.3.4 船数据监控服务

2.3.5 支持VOIP电话

2.4 VSAT卫星通信天线系统组成

本次工程分为卫星信号接收部分、SIP语音电话部分、wifi无线覆盖部分、局域网及智能信息采集及传输系统接口部分。

2.4.1系统连线图

4.2.2卫星信号接收部分

卫星传输部分包括天线和天线控制器，卫星天线单元由天线、功放和LNB组成，并集成了卫星调制解调器，完成卫星信号的发射和接收，船上使用船载天线，随着船舶移动可自动跟踪卫星，保证天线的信号接收质量。本方案中选用1台D100船载VSAT天线和6W功放配置以支持扩展Ku频段应用。天线控制器内除了天线电源供电模块，还可以为无线网络覆盖和船舶办公局域网提供数据接口。选用中星12的卫星资源，通过我们的主站运营为船舶提供上网体验。

4.2.3 WIFI无线网络覆盖系统

船舶WIFI系统主要覆盖驾驶室、生活区域走廊等，设置无线AP信号发生器。有线或者无线终端接入网络后进行认证，并对终端用户行为进行管理，控制用户的行为。基本网络架构为：

本地转发网络架构采用胖AP的覆盖方式。

整个网络分为以下几个部分：

后台通过认证系统管理终端用户；

链路传输（包括链路、交换机）提供设备接入；

终端接入无线网络后，以用户名密码的形式进行上网请求，后台统一管理。

4.2.4 SIP卫星电话部分

SIP卫星电话系统依托快速的卫星网络，船端通过天线接受卫星信号将网络接入船上，SIP卫星电话机和地面站的中心服务器相连，再连接到运营商的核心网，船端就可以实现船对船，船与陆地的相互通话。

4.2.5 局域网及智能信息采集及传输系统接口

VSAT网络提供以太网接口，供船上局域网连接，局域网可以通过VSAT网络连接互联网。智能信息采集及传输系统也可以通过VSAT以太网口连接互联网。

3 卫星覆盖区域

我司可以提供 KU 波段全球覆盖的卫星资源。

 

3.1 东南亚卫星资源

运营卫星资源：中星12、中星11、亚洲7、亚洲4、亚太9，可以覆盖我国黄渤海东海南海、日本海、印度洋，主要航线国内南北线、中日韩、中东航线、东南亚等场强值为44以内的区域都能正常使用。

以下为卫星场强图：

 

3.2 全球网卫星资源

可以覆盖全世界大部分海域及主要航线场强值为44以内的区域都能正常使用。以下为卫星场强图：

 

4 系统配置清单

4.1 中欧航线

中欧航线
序号	产品名称	规格型号	数量	单位	备注
1	VSAT  天线（ KU）	S100-14A-0	1	套
2	天线控制单元	ACU	1	台
3	同轴电缆		1	根
4	机柜 20U		1	台
5	UPS 不间断电源		1	台
6	卫星互联网平台	VMS	1	套
7	调制解调器	IDIRECT X5	1	台	网络服务

 

4.2 东南亚航线

 

东南亚航线
序号	产品名称	规格型号	数量	单位	备注
1	VSAT天线（ KU）	S060-14H-P	2	套
2	天线控制单元	ACU	2	台
3	同轴电缆		2	根
4	机柜 20U		2	台
5	UPS 不间断电源		2	台
6	卫星互联网平台	VMS	2	套
7	调制解调器	IDIRECT X5	2	台	网络服务

 

4.3 增值附加设备

4.3.1 4G基站

提供无线4G功能，可在4G网络上拨打电话，收发短信。

4.3.2 SIP话机

SIP卫星电话系统依托快速的卫星网络，船端通过天线接受卫星信号将网络接入船上，SIP卫星电话机和地面站的中心服务器相连，再连接到运营商的核心网，船端就可以实现船对船，船与陆地的相互通话。

 

5 典型案例

5.1 客滚轮

远程视频、轨迹及乘客上网卫星通信服务案例：

 

 

5.2 高速客轮

远程视频、轨迹及乘客上网卫星通信服务案例：

 

5.3 执法船

远程视频、轨迹卫星通信服务案例：

 

 

5.4 海上平台和渔船船员

上网卫星通信服务案例：