1 引⾔
卫星通信发展⽅兴未艾，从上世纪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，已经成为卫星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，国际海事组织推出了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）第三代地球站升级为SAS（Satellite Access Station）第四代卫星接⼊地⾯站，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、扩容与升级空间更⼤。
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。⽬前，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鲁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。位于中国北京的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。
陆地侧接续⽹络是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 第四代海事卫星陆地⽹络架构图
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，三个⽹络汇接中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站是第四代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
旧物利用RAN（Radio Access Net）、核⼼⽹⼦系统CN（Core Net）、数据通信⽹络⼦系统DCN（Date Communication Net）等⼏部分组成还包括安全应⽤服务⼦系统、运⾏⽀撑⼦系统、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、终端管理与认证、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负责完成，各个⼦系统通过DCN共同协作完成整个通信过程。
3.1 RAN⼦系统
RAN由多个⽆线⽹络⼦系统RNS（Radio Net Subsystem）构成，RNS通过卫星连接⽤户设备UE（User 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。它由五个不同的硬件单元⼦系统构成，分别是RAN主机（RAN Host）系统、天线射频系统RFS（Radio frequency Subsystem）、信道单元设备⼦系统CUE（Channel Unit Equipment）、核⼼⽹关CNGW（Core Net Gateway）、全球资源管理系统GRM（Global resource management），如图4所⽰。
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各个⼦系统⼯作，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⽹、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，主要负责软硬件安装、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、处理主备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波段之间的连接，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C，L波段，因为系统对功率要求较⾼，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、功率⾃动控制系统、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，发射链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，可分为发送、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中的服务器和信道单元，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的电路交换数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。模具设计流程
3.2 CN⼦系统
海事宽带核⼼⽹络由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）域和包交换PS（Packet 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）及包交换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 Gateway）、移动交换中⼼服务器MSC-Server（Mobile Switch Center Server）、移动交换中⼼MSC（Mobile Switch Center）、拜访位置寄存器VLR（Visitor Location Register）等设备。PS域⽹络单元负责处理包交换业务处理如上⽹、多媒体视频等，主要包括了SGSN（Serving GPRS Supporting Node）和GGSN（Gateway GPRS Supporting Node）等设备。其他⽹络单元设备，如归属位置寄存器
HLR（HomeLocation Register）还有鉴权中⼼AUC（Authentication Center）等，由这两个域共享如图5所⽰。
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时更新的参数，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。范文芳老公
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与其他⽹络部件协同⼯作，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，当⽤户漫游进⼊某个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。
电子信息工程就业方向（4）⽹关移动交换中⼼（GMSC）。GMSC（Gateway Mobile Switching Center）是宽带移动⽹CS域与外部⽹络之间的⽹关节点，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、⽹间结算等重要功能。
（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的接⼊、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，主要完成分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⽹络与外⽹的分界线，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中的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。
3.3 DCN⼦系统
数据通信⽹络（DCN）是海事宽带⽹络系统专⽤的综合数据通信⽹络，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、数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可分为多个⼯作区，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 Transceiver-Demilitarized Zone）、客户端隔离区Client-DMZ-Gn/Gi接⼝以及其他接⼊区，如图6所⽰。
（1）核⼼层区BTDCN（Backbone Traffic 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。核⼼交换机负责整个系统的核⼼数据交互。
（2）信令层区MTDCN（Management Traffic 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MGW，MSC，包交换的
SGSN，GGSN，RAN系统的控制部分也连到该区域。
（3）⽤户层区UTDCN（User Traffic DCN）也是由多个防⽕墙和交换机构成，负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。
法医秦明更新时间图6 DCN系统组成结构图
DCN提供统⼀的⽹络管理平台，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，在本地的CS，PS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。
4 结束语
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。
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部分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。SA
S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。我很快乐 歌词
作者简介：
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。
参考⽂献
[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：⼈民邮电出版社，2010.11
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