海事局船載動(dòng)中通技術(shù)解決方案

一、背景

本方案針對海事局客戶需求量身定制便攜式船載動(dòng)中通天線，實(shí)現(xiàn)圖像、語音、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)雙向傳輸功能。

1.本方案采用穩(wěn)定可靠的衛(wèi)星船載動(dòng)中通天線，通過Ka高通量衛(wèi)星資源[中星16]，實(shí)現(xiàn)船載站和地面指揮中心的雙向圖像、語音、數(shù)據(jù)傳輸。

2.擬建的衛(wèi)星船載動(dòng)中通同時(shí)能實(shí)現(xiàn)后方海事局指揮中心領(lǐng)導(dǎo)對前方衛(wèi)星船載動(dòng)中通的實(shí)時(shí)指揮調(diào)度。

二、KA高通量衛(wèi)星中星16的簡介

2017年4月12日，國內(nèi)首顆的高通量衛(wèi)星“中星16號”成功發(fā)射升空并將提供商用服務(wù)。用戶終端可以方便快速地接入網(wǎng)絡(luò)，下載和回傳速率最高分別可達(dá)到150Mbps和12Mbps，真正意義上實(shí)現(xiàn)了消費(fèi)寬帶和無縫雙向接入。我國首顆Ka高通量衛(wèi)星，26個(gè)用戶波束，超過20Gbps總?cè)萘俊?/p>

中星16號衛(wèi)星覆蓋圖-黃色

中星16號KA星的優(yōu)勢：

2．1、大容量

多點(diǎn)波束頻率復(fù)用，數(shù)十倍提升衛(wèi)星容量。系統(tǒng)網(wǎng)管支持百萬量級終端管理。

2．2、越區(qū)切換

支持跨波束、信關(guān)站、衛(wèi)星的無縫切換，支持航空、海運(yùn)、鐵路客戶的移動(dòng)寬帶接入。

2．3、抗干擾

過離地面其他頻率范圍，天然抗干擾優(yōu)勢。

2．4、統(tǒng)一平臺管理

無需用戶自建系統(tǒng)（主站），只需購買終端即實(shí)現(xiàn)便捷組網(wǎng)。

2．5、終端配置靈活

終端多樣化，適用場景廣，安裝快捷。

我公司將作為中國衛(wèi)通集團(tuán)的虛擬衛(wèi)星運(yùn)營商開展近海和陸地衛(wèi)星業(yè)務(wù)。

三、系統(tǒng)組成及基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3.1系統(tǒng)功能

系統(tǒng)的主要功能如下：

視頻服務(wù)：將前端1080P高清視頻回傳到后方指揮中心；

數(shù)據(jù)傳輸：提供數(shù)據(jù)雙向傳輸功能；

3.2系統(tǒng)工作原理

圖1 Ka船載動(dòng)中通系統(tǒng)示意圖

Ka系統(tǒng)的關(guān)口站由高功率放大器、低噪聲放大器、上/下變頻器、Modem和數(shù)據(jù)接口等設(shè)備組成。通常與主計(jì)算機(jī)配置在一起，為了對全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測、控制、管理和維護(hù)，在主站設(shè)有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與管理中心，對全網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控管理。當(dāng)前端船載小站回傳的所有視頻、語音和數(shù)據(jù)信息打包成IP模式，傳送到海事局后方指揮中心。

3.3 VSAT小站系統(tǒng)工作原理

VSAT小站系統(tǒng)原理圖如圖2所示。主要用于前端船載小站實(shí)現(xiàn)Ka波段的衛(wèi)星通訊功能, 將前端船上的視頻及圖像回傳到海事局后方指揮中心。

圖2 VSAT小站系統(tǒng)原理圖

3．4基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

四、設(shè)備

4.1動(dòng)中通衛(wèi)星天線

船載動(dòng)中通天線是船載寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。本方案中，選用Ka波段船用衛(wèi)星通信天線。該天線是針對海上船只作業(yè)平臺研發(fā)的高帶寬傳輸船載動(dòng)中通天線。系統(tǒng)擁有高可靠性穩(wěn)定跟蹤平臺，即使在惡劣海況下也能自動(dòng)搜索、識別、鎖定并實(shí)時(shí)精確跟蹤衛(wèi)星。本系統(tǒng)適用性強(qiáng)、可靠性高，能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)條件下不間斷的互聯(lián)網(wǎng)接入、視頻會議、VOIP語音電話、傳真、文件傳輸?shù)雀邘挾嗝襟w數(shù)據(jù)傳輸。

4.1.1產(chǎn)品

圖3：船載動(dòng)中通天線

4.1.2設(shè)備技術(shù)參數(shù)

表1：Ka波段船用衛(wèi)星動(dòng)中通天線技術(shù)參數(shù)表

4.1.3設(shè)備特性

系統(tǒng)采用一體式設(shè)計(jì)理念，內(nèi)置慣導(dǎo)與功放，無需接入船載羅經(jīng)

采用兩軸穩(wěn)定、齒輪驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式，卓越的伺服跟蹤性能，高效隔離船體橫搖和縱搖運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定精度高達(dá)0.5dB，跟蹤角加速度可達(dá)200°/s2

采用GPS（北斗）/慣導(dǎo)/衛(wèi)星信標(biāo)信號三級反饋穩(wěn)定及組合跟蹤技術(shù)，跟蹤精度高

BUC采用IP65防護(hù)等級設(shè)計(jì)，防塵防水防風(fēng)暴，內(nèi)置除濕系統(tǒng)，有效應(yīng)對海上鹽霧

提供ABS自動(dòng)波束切換功能，可與多數(shù)衛(wèi)星路由器相連

4.1.4主要應(yīng)用領(lǐng)域

船載動(dòng)中通天線主要服務(wù)于我國海軍、漁監(jiān)、漁政、海警等單位，遠(yuǎn)赴各大洋執(zhí)行任務(wù)，保障了執(zhí)法船只的高帶寬網(wǎng)絡(luò)通信能力。

圖6成功案列圖

4.2 Ka收發(fā)信機(jī)

4.2.1產(chǎn)品外觀圖

圖7 Ka收發(fā)信機(jī)

4.2.2設(shè)備技術(shù)參數(shù)

TX模塊（BUC）：

輸入頻率：1400-2400MHz

輸出頻率：29.0-30.0GHz

本振頻率：27.6GHz

本振相位噪聲(RMS 100H to 1MHz)：2°max

外10MHz功率：0±5dBm

輸出功率：Psat=36dBm/P1dB=34.7dBm

線性增益：56±4dB

增益平坦度：1.2dB @36MHz

鄰信道功率比：22dB @P1dB

交叉極化鑒別：≥25dB

輸入電壓：13-48V

功耗：35W

輸入接口：75歐姆F型連接器

直流供電，10MHz參考

RX模塊（LNB）：

輸入頻率：17.8-19.0GHz；19.0-20.2GHz（通過22KHz開關(guān)切換）

輸出頻率：950-2150MHz

本振頻率：18.05GHz(22KHz 開)/16.85 GHz

本振相位噪聲(RMS 100H to 1MHz)：2.2°max

內(nèi)10MHz穩(wěn)定度：±25ppm max @PLL

噪聲系數(shù)：1.5dB @25°C

輸出功率：P1dB=0dBm min

線性增益：55±4dB

增益平坦度：5dB @全頻段；1dB @36MHz

鏡像抑制：30dB

交叉極化鑒別：≥20dB

輸入電壓：12-24V

功耗：3W

輸出接口：75歐姆F型連接器

直流供電，22KHz脈沖信號

機(jī)械指標(biāo)：

重量：1.2kg

尺寸：L=170mm LL=208mm

W=100mm H=49mm

LED指示燈:紅/綠

工作溫度：-40 to-60°C

防護(hù)等級：IP67

4.2.3產(chǎn)品特性

超小型結(jié)構(gòu)集成了BUC、LNB、正交模耦合器、圓極化器組件與饋電喇叭組件；

內(nèi)置有蜂鳴器，在天線尋星過程中蜂鳴器會通過多種提示音實(shí)時(shí)反饋對星狀態(tài)。

4.3衛(wèi)星Modem

4.2.1產(chǎn)品外觀圖

圖8：Capricorn-4外觀圖

4.2.2設(shè)備技術(shù)參數(shù)

下行信道

標(biāo)準(zhǔn)：DVB-S2自適應(yīng)編碼和調(diào)制（ACM）

載波速率：1.5Msps-67Msps（235Mbps）

數(shù)據(jù)速率：60Mbps；選項(xiàng)150Mbps

每秒數(shù)據(jù)包：25,000 @ 300 bytes UDP

調(diào)制：QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK

編碼：LDPC，BCH

FEC： QPSK（1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5,5/6, 8/9），8PSK（3/5 ,2/3, 3/4, 5/6, 8/9），16APSK（2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9），32APSK（3/4, 4/5, 5/6, 8/9）

上行信道（TDMA）

接入方式：MF-TDMA，動(dòng)態(tài)信道

符號速率：128, 256, 320, 384, 512, 640, 832, 1024,1280, 1536,2048, 2560, 3072, 4096, 5120, 6144

最大數(shù)據(jù)速率：12Mbps

調(diào)制：BPSK, QPSK, 8PSK, 16QAM

編碼：TPC

FEC： BPSK（1/3 , 2/5），QPSK（1/2, 2/3, 3/4, 4/5, 6/7），8PSK（2/3, 3/4, 4/5, 6/7）

上行信道（SCPC）

標(biāo)準(zhǔn)：DVB-S2自適應(yīng)編碼和調(diào)制（ACM）

載波速率：1.5Msps-40Msps

調(diào)制：QPSK, 8PSK, 16APSK

編碼：LDPC，BCH

FEC：QPSK（1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9），8PSK（3/5 ,2/3, 3/4, 5/6, 8/9），16APSK（2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9）

中頻接口：(75Ω F型連接器)

TxIF 950-2400MHz，-115 dBM/Hz to-145dBM/Hz

RxIF 950-2400MHz，-45dBm to 2dBm，支持DISEqC（13V、18V、22KHz）

數(shù)據(jù)接口：x Ethernet 10/100/1000BaseT RJ-45, 802.1q VLANx Serial Interface RJ-45

加速與優(yōu)化：

TCP加速

VoIP優(yōu)化

HTTP加速和壓縮

GTP蜂窩數(shù)據(jù)加速

最大2000個(gè)TCP會話連接

二層幀加速轉(zhuǎn)發(fā)

環(huán)境與機(jī)械尺寸：

尺寸：201x185x34mm（WxDxH）

重量：0.55kg

電壓：100V-240V AC

功耗：12W

工作溫度：0°to +50°

4.2.3產(chǎn)品特性

支持QoS、VLANs，并且支持IPv6網(wǎng)絡(luò)，為提供更高質(zhì)量用戶體驗(yàn)，加快后端網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序運(yùn)行速度、網(wǎng)頁瀏覽速度；

支持TCP、GTP和HTTP協(xié)議加速、壓縮及內(nèi)置網(wǎng)頁緩存技術(shù)；

內(nèi)置4個(gè)千兆以太網(wǎng)接口交換機(jī)，每端口都可單獨(dú)管理，包括VLAN、監(jiān)控和配置以太網(wǎng)鏈路參數(shù)。

五、設(shè)備安裝

5.1安裝前現(xiàn)場勘查

（1）安裝前現(xiàn)場調(diào)研

針對不同類型的船型，首要工作即為現(xiàn)場調(diào)研。其決定了整體安裝工作的安排計(jì)劃。通過調(diào)研，可以了解客戶的需求、使用要求、安裝所需材料以及涉及人力、物力、工時(shí)等信息，保證系統(tǒng)安裝時(shí)的協(xié)調(diào)以及安裝后能順利進(jìn)入調(diào)試階段。（要調(diào)研該系統(tǒng)適裝的船型）

（2）設(shè)備和安裝材料準(zhǔn)備

將系統(tǒng)所有設(shè)備準(zhǔn)備齊全后，搭建系統(tǒng)環(huán)境，進(jìn)行安裝前設(shè)備測試，保證系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備在安裝前加電運(yùn)轉(zhuǎn)正常。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況，準(zhǔn)備安裝所需材料、輔料、通信線纜、安裝工具等，對照片物品清單清點(diǎn)設(shè)備和材料。所有設(shè)備和材料齊全后進(jìn)行包裝后運(yùn)至船舶安裝現(xiàn)場。

（3）艙內(nèi)外設(shè)備安裝工程

艙外天線安裝，位置選擇需要在調(diào)研階段提前選定，原則為盡量選擇安裝位置為制高點(diǎn)，保證天線360°方位旋轉(zhuǎn)不會被船舶自身結(jié)構(gòu)遮擋。天線基座的安裝，需要底部在船體甲板滿焊生根，并注意安裝在甲板十字橫梁處，避免海況不佳時(shí)因天線自身重量導(dǎo)致傾覆、損壞甲板等安全事故發(fā)生。艙內(nèi)設(shè)備在有條件的情況下通常安裝于工業(yè)機(jī)柜內(nèi)，如船舶空間有限，可根據(jù)不同設(shè)備的特性采用吸頂安裝或靠墻安裝，以最大限度地節(jié)約有限的空間。

（4）線纜敷設(shè)工程

艙內(nèi)外連接線纜包括信號線纜和電源線纜，敷設(shè)線路需在調(diào)研過程中確定。敷設(shè)信號線纜和電源線纜為防止信號干擾，不得捆扎在一起。敷設(shè)過程中注意線纜的轉(zhuǎn)彎順滑，防止線纜破損。

5.2動(dòng)中通天線安裝

5.2.1天線安裝位置選擇

一般情況下在選擇天線的安裝位置時(shí)遵守以下原則：

保證船在任何方向行駛過程中天線有大的可視角度如圖11所示

圖11：天線安裝位置參考圖

天線安裝要求距離其他信號傳輸天線（HF天線、VHF天線、雷達(dá)等）盡可能遠(yuǎn)，以免造成相互干擾。

天線固定位置要求盡可能的牢固，如有必要需要進(jìn)行加固，以免由于船體晃動(dòng)造成損壞。

5.2.2天線安裝注意事項(xiàng)

確認(rèn)好天線安裝位置后，需要對線纜的走線進(jìn)行規(guī)劃。進(jìn)一步確認(rèn)立柱以及過線彎管的焊接位置。天線安裝必須保證出線口正對船尾，天線以及立柱均有船尾方向標(biāo)示。

A、立柱焊接。焊接應(yīng)專業(yè)人員操作，焊接時(shí)注意焊接位置甲板的厚度，務(wù)必做好相應(yīng)的防火和滅火工作，如果位置過高，安裝人員應(yīng)該佩戴安全帽、和安全繩。焊接立柱時(shí)一定要注意立柱上的船尾標(biāo)注，船尾標(biāo)注在焊接完成后一定要保證它是正對船尾的！如船舶靠港期間無法進(jìn)行燒焊操作，可采用對敲螺絲將天線支架與羅經(jīng)甲板進(jìn)行固定處理。待船舶進(jìn)廠修理時(shí)再進(jìn)行燒焊加固。

B、根據(jù)選擇的天線位置和線纜走線的規(guī)劃，確定天線外部線纜的進(jìn)船接口，盡量使得天線線纜接口到機(jī)柜線纜接口的距離最短；

C、安裝人員接應(yīng)并固定天線到安裝立柱上。并注意天線上的船尾標(biāo)注與立柱的船尾標(biāo)識保持一致。安裝完成后，立柱以及天線安裝完成后標(biāo)識如圖12所示；

D、安裝完成后要對天線的線纜接口進(jìn)行防水處理，在線纜安裝完畢以后，緊固過線孔并使用專用的防水膠泥密封天線的接線口和天線線纜的進(jìn)船口。

圖12立柱及防水彎管焊接圖

圖13 天線安裝標(biāo)示圖

六、預(yù)設(shè)備清單