北極東北航道是指穿越歐亞大陸的北冰洋近海，連接大西洋和太平洋的海上通道，具體是從白令海峽出發(fā)，向西經(jīng)過楚科奇海、新西伯利亞海、拉普捷夫海、喀拉海、巴倫支海直到北歐。隨著“冰上絲綢之路”倡議的提出以及北極航線的不斷開發(fā)探索，北極東北航道通航量逐年遞增，北極航行船舶對(duì)于通信服務(wù)的需求也與日俱增。2019年北海航海保障中心組織開展了北極東北航道衛(wèi)星通信實(shí)船測(cè)試，分析不同模式的衛(wèi)星通信在北極東北航道應(yīng)用效果，并提出加強(qiáng)北極東北航道通信保障能力的建議。

　　1衛(wèi)星通信服務(wù)現(xiàn)狀簡(jiǎn)述

　　1.1海事衛(wèi)星系統(tǒng)

　　海事衛(wèi)星系統(tǒng)目前最新的第五代星采用全I(xiàn)P體制，空間段采用3顆主用加1顆備用靜止軌道衛(wèi)星的組網(wǎng)方式，使用Ka頻段，實(shí)現(xiàn)除兩極高緯度地區(qū)之外的覆蓋。海事衛(wèi)星的船載通信終端目前主流應(yīng)用有第四代星的FB(Fleet Broadband)和第五代星的GX(Global Xpress)。海上寬帶通信系統(tǒng)FX(Fleet Xpress)綜合了FB高可靠性和GX高帶寬的優(yōu)勢(shì)，是全球第一個(gè)Ka波段衛(wèi)星通信服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，除兩極高緯度地區(qū)之外衛(wèi)星信號(hào)全球無縫覆蓋，終端在移動(dòng)時(shí)可以在不同衛(wèi)星波束之間無縫切換，并且擁有穩(wěn)定可靠的L波段作為通信保障，提供商業(yè)航運(yùn)市場(chǎng)領(lǐng)先的衛(wèi)星通信服務(wù)[1]。

　　1.2銥星系統(tǒng)

　　銥星系統(tǒng)擁有一個(gè)幾何結(jié)構(gòu)獨(dú)一無二的低軌地球(LEO)衛(wèi)星網(wǎng)，系統(tǒng)包含66顆工作衛(wèi)星，組成六個(gè)軌道平面，確保地球上任何時(shí)間任何位置都至少被一顆衛(wèi)星覆蓋。銥星系統(tǒng)在L頻段上傳送衛(wèi)星語音和數(shù)據(jù)信號(hào)，而星際鏈路、地面上行和下行鏈路則使用Ka頻段的頻率。銥星系統(tǒng)提供全球通信，覆蓋范圍包括最邊遠(yuǎn)極地地區(qū)，是唯一可以實(shí)現(xiàn)在兩極通話的衛(wèi)星通信系統(tǒng)[2]。

　　1.3VSAT系統(tǒng)

　　VSAT是Very Small Aperture Terminal的縮寫，直譯為“甚小口徑終端”，是由天線直徑小于2.4m、天線增益/天線噪聲溫度(G/T)低于19.7dB/K的衛(wèi)星用戶小站和一個(gè)樞紐站組成星狀或網(wǎng)狀的通信網(wǎng)，能夠支持2Mb/s以下低速數(shù)據(jù)的單向或雙向通信，可以提供高品質(zhì)的數(shù)據(jù)、語音、圖像與其它增值服務(wù)，VSAT便于與岸臺(tái)連接，組網(wǎng)靈活，用戶站天線較小等優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)面的廣播和雙工通信等特點(diǎn)也使其目前在海上使用較為普遍[3]。

　　2應(yīng)用測(cè)試情況及分析

　　2.1測(cè)試方案及前期準(zhǔn)備

　　本次隨船測(cè)試具體測(cè)試內(nèi)容包括：海事衛(wèi)星電話、銥星衛(wèi)星電話、船載VSAT、銥星網(wǎng)絡(luò)等衛(wèi)星通信服務(wù)保障情況[4]。①測(cè)試方式。在航行中不同航段，根據(jù)具體航行情況，每天進(jìn)行多次衛(wèi)星電話通話，同時(shí)使用觀察船載的VSAT及銥星網(wǎng)絡(luò)的情況。②測(cè)試設(shè)備。海事衛(wèi)星電話IsatPhone2、銥星衛(wèi)星電話：Iridium 9555、船載VSAT Intellian GX60、船載銥星網(wǎng)絡(luò)Iridium Pilot。

　　2.2海事衛(wèi)星電話測(cè)試情況

　　在航程中共嘗試進(jìn)行海事衛(wèi)星通話39次，其中接通27次，在9月13日，船位70°39.19N 164°47.69E點(diǎn)位之前的航段，海事衛(wèi)星信號(hào)的通信質(zhì)量較好，通話語音質(zhì)量MOS評(píng)分一般在5級(jí)左右，該點(diǎn)位之后的通信質(zhì)量開始變差，主要是延時(shí)明顯、對(duì)星難度增大、撥通成功率變低。9月16日，船位77°54.15N 89°25.54E點(diǎn)位開始無法進(jìn)行通話;9月18日，船位74°64N 46°07E點(diǎn)位開始恢復(fù)通話[5]。海事衛(wèi)星電話理論覆蓋范圍內(nèi)也存在未能接通或者通話質(zhì)量差的情況，主要原因?yàn)樘鞖庠�因，在海面風(fēng)浪大的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)海事衛(wèi)星電話對(duì)星困難，信號(hào)變?nèi)醯那闆r。陰雨天氣下，海事衛(wèi)星信號(hào)雨衰比較嚴(yán)重。海事衛(wèi)星電話在臨近極地高緯度地區(qū)通話表現(xiàn)來看，實(shí)際無法進(jìn)行通話的盲區(qū)主要在北緯75°以上的區(qū)域，航程大概為2-3天，距離大約為750海里，位置在北地群島經(jīng)喀拉海過新地島北側(cè)進(jìn)入巴倫支海的區(qū)域。海事衛(wèi)星官方提供的覆蓋范圍為通信可靠性99.5%時(shí)可靠覆蓋至75°，部分區(qū)域可以達(dá)到78°，實(shí)船測(cè)試效果與官方公布的覆蓋范圍相吻合。

　　2.3銥星衛(wèi)星電話測(cè)試

　　在航程中共進(jìn)行銥星通話27次，其中接通25次，基本上全程都可以通話，但是通信語言質(zhì)量一般，隨手持電話的輕微移動(dòng)，信號(hào)變化明顯。銥星衛(wèi)星電話覆蓋范圍理論上能夠全部覆蓋北極航線，未能接通的兩次原因主要是，波浪大無法對(duì)星以及雨衰[6]。

　　2.4船載VSAT/銥星網(wǎng)絡(luò)測(cè)試

　　測(cè)試船舶使用的船載VSAT設(shè)備使用Inmarsat 提供的海上寬帶通信系統(tǒng)FX服務(wù)。船載VSAT采用FX+FB捆綁的通信模式，當(dāng)FX信號(hào)正常時(shí)可以上網(wǎng)、VSAT電話，當(dāng)VSAT天線出現(xiàn)遮擋、受天氣影響雨衰或船搖晃比較厲害時(shí)，F(xiàn)X信號(hào)減弱到一定值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到FB工作，此時(shí)網(wǎng)速較慢。為合理有效利用好船舶資源，既能保障通信暢通，又能控制通信費(fèi)用，船方規(guī)定日常郵件必需通過FX通信，而銥星網(wǎng)絡(luò)僅作為備用，是在FX和FB均無法正常通信，而郵件又比較緊急的情況下偶爾為之。航程中船載VSAT主要用來上網(wǎng)使用，觀察到峰值下載速率約為210KB/s，一般低于200KB/s。船載VSAT信號(hào)的使用情況如圖1，在9月14日(船位74°34N 141°15E)到15日(船位77°18N 110°07E)之間，F(xiàn)X信號(hào)為0，完全不可用。9月15日(船位76°26.47N 119°21.96E)FB也開始沒有信號(hào);9月18日(船位75°26.96N 51°33.77E)FB開始有信號(hào)，F(xiàn)X同日也恢復(fù)[7]。

　　3建議和對(duì)策

　　根據(jù)測(cè)試和分析，對(duì)于衛(wèi)星通信在北極東北航道應(yīng)用有如下建議。

　　3.1優(yōu)化海事衛(wèi)星電話使用

　　在北極東北航道使用海事衛(wèi)星電話，特別需要注意電話天線的仰角。天線指向仰角低于6°時(shí)，地面或海面噪聲將陡然提升，多徑衰落效應(yīng)顯著，無法保證全天候的通信質(zhì)量。可以采用4.5m的天線及100W的信號(hào)放大的特制設(shè)備連接船載海事衛(wèi)星設(shè)備，用以獲得約30%的性能提升，實(shí)現(xiàn)在高緯度約80°的海事衛(wèi)星通信。

　　3.2提升海事衛(wèi)星通信盲區(qū)通信保障

　　北極東北航道上海事衛(wèi)星通信盲區(qū)客觀存在，除了采用銥星通信的手段彌補(bǔ)外，必須注重加強(qiáng)岸基短波通信系統(tǒng)建設(shè)，響應(yīng)國(guó)家“冰上絲綢之路”倡議，貫徹落實(shí)《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，保障衛(wèi)星通信盲區(qū)內(nèi)的航行安全，并且實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)自主可控。

　　3.3加強(qiáng)對(duì)衛(wèi)星通信新技術(shù)的應(yīng)用和研究

　　相對(duì)于岸基通信系統(tǒng)，衛(wèi)星通信近年來以VSAT為代表的新技術(shù)發(fā)展較快，并出現(xiàn)業(yè)務(wù)平臺(tái)化，網(wǎng)絡(luò)寬帶化、標(biāo)準(zhǔn)全球化、終端易用化等特點(diǎn)，需要我們及時(shí)跟進(jìn)研究加強(qiáng)應(yīng)用[8]。

　　4結(jié)語

　　語音通信方面，銥星衛(wèi)星電話與海事衛(wèi)星電話使用比較，天氣良好的情況下銥星衛(wèi)星電話全程可以使用，但是聲音處理比海事衛(wèi)星電話差，音色失真明顯，聲音有延遲，影響交流，通話體驗(yàn)不佳。另外，銥星衛(wèi)星電話的電池續(xù)航遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于海事衛(wèi)星電話，在北極航道低溫環(huán)境中使用必須頻繁充電。資費(fèi)上銥星衛(wèi)星電話日常使用成本較高。因此，建議海事衛(wèi)星電話可以作為航程中的日常使用的衛(wèi)星通信手段，銥星衛(wèi)星電話可以作為海事衛(wèi)星電話在北極航線盲區(qū)時(shí)的應(yīng)急聯(lián)系手段。數(shù)據(jù)寬帶通信方面，雖然高緯度地區(qū)覆蓋不佳，在目前船上的應(yīng)用中，VSAT已經(jīng)成為上網(wǎng)的主要手段。在VSAT網(wǎng)絡(luò)不可用或信號(hào)不穩(wěn)定時(shí)，可以考慮使用銥星網(wǎng)絡(luò)收發(fā)郵件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，但是成本較高。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[2]以高輸出與低失真特性,助力衛(wèi)星通信地面站的小型化[J].電子元器件與信息技術(shù),2017,1(05):49-50.

　　[3]丁廣,張建飛,趙乾宏,等.海事衛(wèi)星通信及其在高緯度地區(qū)應(yīng)用[C]//第十四屆衛(wèi)星通信學(xué)術(shù)年會(huì)論文集,2018:451-458.

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　　[6]文閣.國(guó)際海事衛(wèi)星組織推出便攜辦公通信系統(tǒng)[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù),1997(02):12.

　　[7]糜江.淺談海事衛(wèi)星系統(tǒng)在公路應(yīng)急處置信息化中的應(yīng)用[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2011,7(06):279-282.

　　[8]李宏飚,何光智,王世全,等.GPRS-DTU海事衛(wèi)星電話遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].油氣田地面工程,2009(09):53-54.

　　作者：邢功

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