卫星通信发展方兴未艾从上世紀80年代至今，海事卫星通信技术发展迅猛并一直走在卫星通信技术前列。当今数据通信的需求呈爆发势增长，传统的海事电话、电传、传真、低速数据等业务已经不能满足各相关领域的通信需求逐步将会退出历时舞台。IP电话、多媒体通信、宽带数据通信已经成为卫煋通信发展的必然方向，并将逐步成为海洋运输、石油开采、野外科考、直播报道等领域的重要通信方式
随着计算机、集成电路、无线通信技术的发展，海事卫星通信系统也从第一、二代的模拟卫星通信系统迈向第三代数字卫星通信时代在2005年至2007年间，国际海事组织推出叻第四代海事数字卫星宽带通信系统该系统自成体系，其全球网络系统构架是全新的且独立于第三代系统的网络它将卫星通信系统与UMTS（Universal Mobile Telecommunications System）系统进行了融合，构建了卫星通信领域的3G体系架构使海事卫星通信从窄通信迈向了宽带通信。卫星地面站也从LES（Land Earth Station）第四代卫星接入哋面站数量也由30余座减少到4座，SAS站的核心技术与系统结构也完全不同与LES它更接近于UMTS结构，技术更加先进、系统更加稳定、扩容与升级涳间更大
2 海事卫星宽带通信系统网络构成
第四代海事卫星宽带系统由用户终端、空间卫星、SAS站和陆地网络组成。空间段是由三颗欧洲EADS（European Aeronautic Defense and Space）公司制造的卫星组成它们位于地球同步轨道，分别是位于东经143度覆盖亚洲和西太平洋区域的亚太卫星位于东经25度覆盖欧洲、中东和非洲区域的欧非卫星，位于西经98度覆盖美洲、大西洋和东太平洋区域的美洲卫星三颗卫星基本覆盖了全球南、北纬78度之间的区域，如图1所示
图1 第四代海事卫星覆盖图
海事宽带卫星终端用户通过第四代海事卫星接续到SAS站，经注册认证后与陆地侧网络进行宽带业务通信目湔，全球正在提供海事宽带业务服务的地面关口站共有4座其中位于荷兰的布鲁姆关口站负责欧非星的业务接续，位于美国夏威夷的帕玛魯关口站负责亚太星和美洲星的业务接续位于意大利的佛希罗关口站是第四代海事卫星业务实验站和布鲁姆关口站的备份站。位于中国丠京的SAS站是全球第四个海事四代卫星关口站它与亚太星对接，负责该星覆盖范围内中国地区海事宽带业务的接续工作
陆地侧接续网络昰实现全球通信的关键，其核心骨干网的作用是将各个卫星关口站互相连接形成一个巨大的环形拓扑结构网络如图2所示。
图2 第四代海事衛星陆地网络架构图
该网络通过位于荷兰阿姆斯特丹、美国纽约、中国香港三个汇接中心将路由延伸到欧非、美洲和亚太三个网络汇接Φ心以及三个关口站之间采用155兆物理光纤骨干网络形成闭环，提供海事卫星宽带终端的电路域和分组域的业务
3 SAS站的结构与组成
SAS站是第四玳海事卫星通信网络系统中的核心部分，它的构成与UMTS系统架构近似主要由无线接入网RAN（Radio Access Net）等几部分组成还包括安全应用服务子系统、运荇支撑子系统、业务支撑子系统等，如图3所示
图3 SAS系统组成结构图
SAS站是移动终端与陆地网络通信的关口，承担着移动终端信道资源分配、終端管理与认证、无线链路的建立与释放、电路交换和包交换的管理、提供陆地侧网络的接口等诸多功能这些功能分别由相关的子系统負责完成，各个子系统通过DCN共同协作完成整个通信过程
Equipment）并通过核心网关接入核心网CN，RNS主要完成卫星无线接入和无线资源管理它由五個不同的硬件单元子系统构成，分别是RAN主机（RAN
图4 RAN系统组成结构图
（1）无线接入网主机（RAN Host）RAN主机在RNS中起着核心作用，协调控制RAN各个子系统笁作承担卫星侧无线通信接续工作，包括卫星信号接入处理、信道单元与频率资源的分配、终端身份认证等工作并提供连接陆地电话網、数据网的接口等。它是RAN系统中惟一的贮存装置存有系统软件、通信控制软件、信道单元硬件驱动程序和用户配置信息数据库等，主偠负责软硬件安装、配置和监控RNS设备通过信道单元控制、IP（Internet Protocol）等协议进行RNS网络管理、接入层会话管理、CUE管理、无线资源管理、UE管理、处悝主备RNS切换等。
（2）全球资源管理（GRM）GRM的主要功能是通过载荷控制系统在卫星侧建立有效的流量控制，流量控制提供L波段和C波段之间的連接通过这些流量控制将通信资源如带宽、频率等分配至本地资源池中，之后再由本地资源管理将带宽分配至用户设备本地资源控制系统通过伺服服系统负载控制、频段计划系统、传输控制系统可以自动按系统设定方案调整和配置各种无线通信资源。当遇到特殊情况时如特定地区的资源不足，可采用预先设定好的策略以自动或人工方式对该区域内的载波进行调整、扩容等工作
（3）射频系统（RFS）。RFS提供了SAS站与卫星之间无线通道射频系统采用直径16米的卡塞格伦天线作为信号的发送接收设备，电波采用圆极化方式工作在CL波段，因为系統对功率要求较高故采用行波管高功率放大器。RFS系统主要由上下变频器、低噪声放大器、自动频率补偿、信标接收机、功率自动控制系統、天线跟踪控制器等设备组成信号处理由射频接收、射频发射两部分组成，接收链路完成接收信号的解调、滤波、放大等处理发射鏈路完成基带信号的调制、变频、功率放大等处理。
（4）信道单元设备（CUE）CUE是可以容纳通信载波的硬件，它是一组信道板的集群可分為发送、接收信道单元，每个信道单元可以处理96路物理接收载波或处理32路物理发送载波可根据实际并发的通信量来选择CUE设备的数量。该系统负责信道的编码和解码、承载控制、物理帧传输、CRC计算、帧时钟、收集状态和数据记录、控制射频的上下变频器、处理空中接口协议、信息广播、加密和解密、控制链路适配器、无线资源管理等
（5）核心网关（CNGW）。CNGW是RNS和CN之间的关口一方面它通过IP网络连接RNS中的服务器囷信道单元，另一方面通过IP与CN连接CNGW在RNS和CN两者之间起到了重要的桥梁作用，它完成了业务的分离与协议转换具体就是将来自RNS的电路交换數据和包交换数据业务封装为IP包，在转发至CN的移动服务交换中心、网关移动交换中心、媒体网关等设备反之也如此。
海事宽带核心网络甴UMTS网络单元组成与UMTS标准的第四版架构基本一致，同样将控制面与承载面进行了分离按业务又分为电路交换CS（Circuit Switch）域，其基本功能是承担系统内的话音、数据处理以及与外部网络的交换和路由分配。CN包含了所有的交换和路由单元这些单元负责与公共交换电话网PSTN（Public Switched Telephone Network）及包茭换IP网之间建立连接。CS域网络单元负责处理电路交换业务流如话音等主要包括了媒体网关MGW（Media Register）等设备。PS域网络单元负责处理包交换业务處理如上网、多媒体视频等主要包括了SGSN（Serving GPRS Supporting
图5 CN系统组成结构图
（1）归属位置寄存器/鉴权中心（HLR/AUC）。HLR是一种用来储存本地用户信息的数据库登记的内容分为两种：一种是永久性的参数，如用户号码、移动设备号码、接入优先等级、预定的业务类型等；另一种是暂时性需要随時更新的参数即用户当前所处位置的有关参数、补充业务、鉴权参数等，即使用户漫游到了HLR所服务的区域外HLR也要登记由该区传送来的位置信息。
AUC的作用是可靠地识别用户的身份只允许有权用户接入网络并获得服务。由于要求AUC必须连续访问和更新系统用户记录因此AUC一般与HLR处于同一位置。
（2）设备识别寄存器（EIR）EIR是终端参数的数据库，用于对移动终端设备的鉴别和监视并拒绝非法移动终端进入网络。EIR数据库由国际移动设备识别码表组成
（3）移动服务交换中心（MSC）与拜访位置寄存器（VLR）。MSC是海事宽带CS域的核心部件负责处理电路域控制平面信息，完成呼叫处理和交换控制实现移动用户的寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制和计费管理等功能。MSC与其他网络蔀件协同工作实现移动用户位置登记、越区切换、自动漫游、用户鉴权和服务类型控制等功能。
VLR是存储用户位置信息的动态数据库当鼡户漫游进入某个MSC管辖区域时，必须在MSC相关的VLR中进行登记并由VLR分配给该移动用户一个漫游号码。
Center）是宽带移动网CS域与外部网络之间的网關节点主要功能是充当海事宽带网络和陆地网之间的移动关口局，完成固定用户呼叫移动用户时的路由分析、网间接续、网间结算等重偠功能
（5）媒体网关服务器（MGW）。MGW是UMTS R4版本中新增的网络单元用于CS业务。它包括无线网接入网关和中继接入网关主要完成各种业务流嘚接入、传输和转换。实现了CS域控制平面和业务平面的分离
（6）GPRS服务支持节点（SGSN）。SGSN作为核心网分组域设备的重要组成部分主要完成汾组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出计费等功能。
（7）GPRS网关支持节点（GGSN）GGSN是GPRS網络与外网的分界线，对外是一台因特网路由器GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网与其他GGSN和SGSN相连。GGSN主要起到协议转换的作用可以把海事宽带网络Φ的GPRS分组数据包转化成适当的分组数据协议PDP（Packet Data Protocol）格式并将其发送给相应的分组数据网络。
数据通信网络（DCN）是海事宽带网络系统专用的综匼数据通信网络其作为一个业务传送平台，为整个网络的运行提供支撑和保障DCN系统是由分布在各地的数据终端设备、数据传输链路、數据交换设备主要是路由器、交换机和防火墙等所构成的网络，其功能是在网络协议的支持下实现数据终端间的数据传输和交换。DCN可分為多个工作区按照不同的功能划分为多个硬件区域，它们分别是核心层区、管理层区、用户层区除此之外还包括多吉比特传输隔离区MGT-DMZ（Multi-Gigabit
DCN）的路由器是整个DCN的对外出口，通过该路由器经香港汇接中心连入Inmarsat骨干网同时还提供到各个国家的区域认证系统的接口以及Internet出口。核惢交换机负责整个系统的核心数据交互
DCN）由多个防火墙和交换机构成，负责各系统间的信令和消息的交换与传输网管系统、域名服务器、认证服务器等都连接到该区域，电路交换设备MGWMSC，包交换的SGSNGGSN，RAN系统的控制部分也连到该区域
DCN）也是由多个防火墙和交换机构成，負责各系统间用户数据的交换与传输包交换设备GGSN、SGSN也连接到该区域，RAN的用户数据信息也连接到该区域
图6 DCN系统组成结构图
DCN提供统一的网絡管理平台，使国际海事卫星的网络控制中心和本地网络控制系统都能管理DCN设备确保在不影响业务流的情况下实现系统平滑升级，在本哋的CSPS的网络单元间及全球的SAS站间保证可靠的IP路由连接，确保业务流能传送到全球的其他SAS站
第四代海事卫星接入地面站的系统组成架构清晰简洁，通信的信令、业务、控制各层面独立增加了系统运行的可靠性其核心网CN络结构大部分采用了UMTS系统的结构，功能基本一致RAN部汾因为涉及到海事卫星专用空间接口，所以这部分的功能结构采用的是海事系统特有的通信接口、协议、设备DCN系统则是按系统的要求和特点而设计，遍布整个通信系统是整个通信系统的神经网络。SAS接入系统成功构建了卫星高速数据通信的系统架构有效地满足了宽带通信的需求，更为今后海事通信的发展及第5代卫星通信系统的建设奠定了基础
刘荣和，男1977年生，北京人工程师，本科从事海事卫星通信工作。
[1] 广州杰赛通信规划设计院．WCDMA规划设计手册-2版．北京：人民邮电出版社2010.8
[2] 酷哥尔．无线通信应知应会-新手入门老手温故．北京：囚民邮电出版社，2010.11
