VSAT衛星通信系統詳解

VSAT是VERY SMALL APERTURE TERMINAL的縮字，直譯為甚小口徑衛星終端站。所以也稱(chēng)為衛星小數據站(小站)或個(gè)人地球站(PES)，這里的“小字”指的是VSAT衛星通信系統中小站設備的天線(xiàn)口徑小，通常為1.2-2.4M。利用此系統進(jìn)行通信具有靈活性強、可靠性高、使用方便及小站可直接裝在用戶(hù)端等特點(diǎn)，利用VSAT用戶(hù)數據終端可直接和計算機聯(lián)網(wǎng)，完成數據傳遞、文件交換、圖像傳輸等通信任務(wù)，從而擺脫了遠距離通信地面中斷站的問(wèn)題。使用VSAT作為專(zhuān)用遠距離通信系統是一種很好的選擇。

【VSAT衛星通信系統的組成】

VSAT衛星通信系統由空間和地面兩部分組成。

VSAT衛星通信系統的空間部分就是衛星，一般使用地球靜止軌道通信衛星，衛星可以工作在不同的頻段，如C、ku和Ka頻段。星上轉發(fā)器的發(fā)射功率應盡量大，以使VSAT地面終端的天線(xiàn)尺寸盡量小。

VSAT衛星通信系統的地面部分由中樞站、遠端站和網(wǎng)絡(luò )控制單元組成，其中中樞站的作用是匯集衛星來(lái)的數據然后向各個(gè)遠端站分發(fā)數據，遠端站是衛星通信網(wǎng)絡(luò )的主體，VSAT衛星通信網(wǎng)就是由許多的遠端站組成的，這些站越多每個(gè)站分攤的費用就越低。一般遠端站直接安裝于用戶(hù)處，與用戶(hù)的終端設備連接。

【VSAT衛星通信系統的技術(shù)指標】

1、系統參數

外向載頻：信息速率512KBPS，12FEC，BPSK調制方式，時(shí)分復用(TDM)。

內向載頻：信息速率128KBPS，12FEC，BPSK調制方式，頻分多址、時(shí)分多址混合方式(FDMA TDMA)。

誤碼率：EB No>6.5dB時(shí)，小于1×10-7。

①數據通信

速率：異步：75-19.2kbps

同步：(采用接口規程)1.2-56kbps;

同步：(位透明)1.2-65kbps;

規程：SDLC、X.25，BITT(位透明方式);

電氣接口：主站：RS-232C、RS-449、V35(DTE、DCE均可)

小站：RS-232C(DCE);

電路連接模式：點(diǎn)對點(diǎn)連接、點(diǎn)對多點(diǎn)連接。

②語(yǔ)音通信

采用RELP(殘余激勵線(xiàn)性預測)編碼。

接口：主站：用戶(hù)交換機(PABX)-四線(xiàn)E8M

小站：電話(huà)機DTME，工線(xiàn)環(huán)路信號，RJ11連接器用戶(hù)

交換機(PABX)-四線(xiàn)E8M

③傳真

帶內模擬(G3)，基帶(G3或G4)。

④小站配置

標準配置：一個(gè)數據端口(RS-232C)。

擴展配置：三個(gè)數據口或一個(gè)數據端口，一個(gè)語(yǔ)音口。

⑤小站工作環(huán)境

溫度：戶(hù)內單元10-40℃

戶(hù)外單元-30-50℃

電源：220±10%，50HZ;

功耗約：400W。

【VSAT衛星通信系統的特點(diǎn)】

VSAT衛星通信系統有十分明顯的特點(diǎn)，它主要包括以下幾個(gè)方面。

(1)　地面(遠端)站天線(xiàn)的直徑小，一般在2米以下，目前采用較多的是1.2～1.8米。登山運動(dòng)員有時(shí)用直徑0.3米的便攜式個(gè)人地球站。

(2)　發(fā)射功率小，一般在1~3瓦之間。

(3)　質(zhì)量很輕，常用的為幾十千克，有的小到幾千克，便于攜帶。

(4)　價(jià)格低廉，經(jīng)濟實(shí)用。該系統不但設備的售價(jià)低，而且它取得的經(jīng)濟效益遠遠大于設備的售價(jià)。

(5)　建設周期短。它比傳統的地面通信手段簡(jiǎn)單得多，不需要架設電纜、光纜。它也不像微波通信必需每隔50千米架設一個(gè)中繼站。VSAT衛星通信系統中，只要在通信的兩端安裝必要的設備就可以，而且這種設備的安裝也比較簡(jiǎn)單。

(6)　通信的費用與通信的距離沒(méi)有關(guān)系。在一般的通信系統中，距離越長(cháng)費用越高，而VSAT衛星通信與距離沒(méi)有關(guān)系，而且越遠越適合采用VSAT通信。

(7)　VSAT衛星通信不受地形和氣候環(huán)境的影響，因為它不需要架設地面設施，受地面的干擾小。

(8)　VSAT衛星通信技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)就是組網(wǎng)靈活，容易擴充用，而且維修方便，因為它沒(méi)有復雜的地面設備。

【VSAT衛星技術(shù)的應用】

VSAT站能很方便地組成不同規模、不同速率、不同用途的靈活而經(jīng)濟的網(wǎng)絡(luò )系統。一個(gè)VSAT網(wǎng)一般能容納200~500個(gè)站，有廣播式、點(diǎn)對點(diǎn)式、雙向交互式、收集式等應用形式。它既可以應用于發(fā)達國家，也適用于技術(shù)不發(fā)達和經(jīng)濟落后的國家，尤其適用于那些地形復雜、不便架線(xiàn)和人煙稀少的邊遠地區。因為它可以直接裝備到個(gè)人，所以軍事上也有重要的意義。概括起來(lái)，VSAT技術(shù)可以應用于以下幾個(gè)方面。

(1)　普及衛星電視廣播和衛星電視教育，傳送廣播電視、商業(yè)電視信號，尤其對于我國的邊遠地區，利用這種方式可以在物質(zhì)文明建設和精神文明建設方面起到很大的作用。

(2)　用于財政和金融系統、證券系統，對市場(chǎng)的情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤管理，大大地縮短資金周轉周期。深圳的證券交易系統就是利用VSAT系統與四面八方的客戶(hù)進(jìn)行雙向通信的。

(3)　用于水利建設的管理，監測水文變化，防止和減少自然災害的損失。VSAT系統可以及時(shí)傳輸氣象衛星、海洋衛星、資源衛星和地面檢測站獲取的信息。

(4)　用于交通運輸的管理。國外發(fā)達的國家已經(jīng)將VSAT用在鐵路的運營(yíng)調度，大大緩解了在交通運輸的緊張狀態(tài)。用VSAT可以方便地開(kāi)展任何兩地的通話(huà)、電傳和電報業(yè)務(wù)，節省了經(jīng)費和時(shí)間。

(5)　軍事上應用。在1991年的海灣戰爭中，多國部隊利用VSAT進(jìn)行了大量的移動(dòng)通信，甚至將其裝備到每個(gè)士兵。

(6)　應急通信和邊遠地區通信的應用。對于自然災害或突發(fā)性事件VSAT都是最便利的應急通信備份體系，例如：5.12的汶川地震。

VSAT是VERY SMALL APERTURE TERMINAL的縮字，直譯為甚小口經(jīng)衛星終端站。所以也稱(chēng)為衛星小數據站(小站)或個(gè)人地球站(PES)，這里的“小字”指的是VSAT衛星通信系統中小站設備的天線(xiàn)口徑小，通常為1.2-2.4M。利用此系統進(jìn)行通信具有靈活性強、可靠性高、使用方便及小站可直接裝在用戶(hù)端等特點(diǎn)，利用VSAT用戶(hù)數據終端可直接和計算機聯(lián)網(wǎng)，完成數據傳遞、文件交換、圖像傳輸等通信任務(wù)，從而擺脫了遠距離通信地面中斷站的問(wèn)題。使用VSAT作為專(zhuān)用遠距離通信系統是一種很好的選擇。

一、VSAT通信系統簡(jiǎn)要技術(shù)指標及特點(diǎn)

1、系統參數

外向載頻：信息速率512kbps，1?2FEC，BPSK調制方式，時(shí)分復用(TDM)。

內向載頻：信息速率128 kbps，1?2FEC，BPSK調制方式，頻分多址?時(shí)分多址混合方式(FDMA?TDMA)。

誤碼率：Eb?No>6.5dB時(shí)，小于1×10-7。

①數據通信

速率：異步：75-19.2kbps

同步：(采用接口規程)1.2-56kbps;

同步：(位透明)1.2-65kbps;

規程：SDLC、X.25，BITT(位透明方式);

電氣接口：主站：RS-232C、RS-449、V35(DTE、DCE均可)

小站：RS-232C(DCE);

電路連接模式：點(diǎn)對點(diǎn)連接、點(diǎn)對多點(diǎn)連接。

②語(yǔ)音通信

采用RELP(殘余激勵線(xiàn)性預測)編碼。

接口：主站：用戶(hù)交換機(PABX)-四線(xiàn)E8?M

小站：電話(huà)機DTME，工線(xiàn)環(huán)路信號，RJ11連接器用戶(hù)

交換機(PABX)-四線(xiàn)E8?M

③傳真

帶內模擬(G3)，基帶(G3或G4)。

④小站配置

標準配置：一個(gè)數據端口(RS-232C)。

擴展配置：三個(gè)數據口或一個(gè)數據端口，一個(gè)語(yǔ)音口。

⑤小站工作環(huán)境

溫度：戶(hù)內單元10-40℃

戶(hù)外單元-30-50℃

電源：220V±10%，50HZ;

功耗約：400W。

2、VSAT衛星通信系統有以下幾個(gè)特點(diǎn)

目前衛星通信在世界上用的比較多的是VSAT和INMARSAT衛星通信系統，我們以VSAT系統為例來(lái)簡(jiǎn)述衛星站及網(wǎng)絡(luò )。

①通信容量不斷增大，成本明顯下降，而現在我們使用的第五代通信衛星的容量增大為12000條話(huà)路，每條話(huà)路租金已下降為第一代的1?20。

②衛星的體積和重量不斷加大，星上轉發(fā)器日益增多，地球站的天線(xiàn)直徑逐漸縮小。從早期的30M縮小到4.5M以致于1M左右，因而它的規模也日益減少。

③發(fā)展微型的地球站通信網(wǎng)，它比較能夠滿(mǎn)足那些希望自建衛星專(zhuān)用通信網(wǎng)行業(yè)部門(mén)的需要。這些專(zhuān)用網(wǎng)一般都是分布在較遠的地區，相當分散，業(yè)務(wù)量不大，路由較稀。

3、VSAT衛星通信系統的優(yōu)點(diǎn)

①利用VSAT通信不受地形、地物的影響，適用于其他通信手段難以通達的地方。

②設備安裝快，在具備條件時(shí)，開(kāi)通一個(gè)小站，需1-2天。

③通信質(zhì)量高，網(wǎng)內采用各種自動(dòng)檢錯糾錯功能，信息誤碼率低，正常情下，小于10-7。

④利用先進(jìn)的數據處理技術(shù)和延時(shí)補償及本地輪詢(xún)(P011)功能，縮短系統響應時(shí)間。

⑤采用按需分配(DAMA)技術(shù)，充分利用衛星信道。

⑥有通話(huà)能力，采用先進(jìn)話(huà)音處理技術(shù)，保證話(huà)音質(zhì)量。

二、VSAT通信系統公眾網(wǎng)絡(luò )

美國HUGHES公司VSAT系統的主站、小站、轉發(fā)器及設備采用亞洲一號通信衛星構成了用戶(hù)公眾網(wǎng)絡(luò )。該網(wǎng)絡(luò )為星狀結構，網(wǎng)絡(luò )控制以軟件為主，網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)以數據通信為主，可以兼顧少量的話(huà)音通信業(yè)務(wù)。

1、主站(HVB)

主站也稱(chēng)樞紐站：主站裝有圈套口徑的天線(xiàn)以便盡量減少遠端小站的發(fā)射功率和衛星發(fā)射功率，此外，主站還裝有VSAT主站終端設備和網(wǎng)絡(luò )控制中心。主站對全網(wǎng)進(jìn)行管理、監測和控制。主站的數據端口一般情況下給地面中斷線(xiàn)路延伸到用戶(hù)并與其中計算機相連，主站端口的信息速率較高。

2、通信衛星

通信衛星是信號在空間的中轉站。公眾VSAT系統采用亞洲一號同步衛星，它定于東徑105.50，星上有24個(gè)轉發(fā)器，我國采用第八個(gè)轉發(fā)器的部分頻段。轉發(fā)器工作于C頻段，采用衛星北半球波束，該波束可覆蓋我國，為線(xiàn)性極化方式。

3、小站(VSAT或PES)

小站可安裝于用戶(hù)通信現場(chǎng)，它分戶(hù)內戶(hù)處兩部分。戶(hù)外設備可架設在建筑物頂層。天線(xiàn)口徑為1.8M，為偏饋修正的拋物面天線(xiàn)。戶(hù)內設備可直接與用戶(hù)通信設備相連，戶(hù)內與戶(hù)外設備通過(guò)一條同軸電纜相連。

三、VSAT衛星通信系統的網(wǎng)絡(luò )構成

VSAT系統采用軟件為主的控制方式，根據用戶(hù)的不同要求，系統可支持主站端口與小站多種方式連接。有點(diǎn)對點(diǎn)，點(diǎn)對多點(diǎn)連接，這種連接可以是單向的也可以是雙向的，基于這種連接，使用系統提供的不同用戶(hù)接口規程，用戶(hù)可選擇多種通信模式。VSAT網(wǎng)絡(luò )結構示意圖如下：

1、點(diǎn)對點(diǎn)連接

此方式是通過(guò)空間信道將主站某一端口進(jìn)行邏輯上連接。VSAT中使用的這種連接方式的數據傳輸情況有以下幾種：

①異步字符透明傳輸

A、雙向數據傳輸。適合字符型終端之間進(jìn)行異步全雙工通信，最大信息速率為19.2Kbps(指的是空間信道)。

B、單向數據傳輸(廣播方式)，它是上述傳輸的特例，適合于數字廣播業(yè)務(wù)。

②同步位透明傳輸

A、雙向數據傳輸，適合采用不同種類(lèi)用戶(hù)規程的終端接入，此方式要求用戶(hù)終端采用VSAT系統提供的時(shí)鐘，即用戶(hù)終端采用外時(shí)鐘同步方式工作，速率提高為64kbps。

B、單向數據傳輸(廣播方式)。連接口小站終端只收不發(fā)，最高速率為64kbps，適合點(diǎn)對點(diǎn)數據廣播業(yè)務(wù)。

③LAPB點(diǎn)對點(diǎn)方式

BAPB是平衡型鏈路接入規程，它是CCITT，X.25網(wǎng)路接口標準的一部分，是適合實(shí)際X.25規程以外，而鏈路采用LAPB特殊用戶(hù)規程的計算機間的通信。

2、點(diǎn)到多點(diǎn)連接

點(diǎn)到多點(diǎn)連接指同一小站不同數據端口，或不同小站數據端口與主站同一端口間建立邏輯上的連接，組成一點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)路而實(shí)現通信目的。點(diǎn)到多點(diǎn)連接有以下幾種方式：

①Moltidrop方式：此方式為異步字符傳輸方式，小站各端口與主站端口間可進(jìn)行全雙工異步通信，在采用此方式時(shí)，通信終端最好采用一種面向字符型的通信規程，以避免多個(gè)小站上的終端同時(shí)向主站發(fā)送信息造成沖突，最高速率9600bps。

②異步字符廣播式。多個(gè)小站的終端只收不發(fā)，適合有數據廣播業(yè)務(wù)的場(chǎng)合。

③同步位透明廣播方式。此方式與上述方式在道理上一樣，只不過(guò)信息按同步方式傳輸它的最高速率達64 kbps。

④采用SDLC方式。要求用戶(hù)主機終端采用SDLC規程接入主站及小站端口，1個(gè)小站端口最多可接入15個(gè)遠端設備。主站和小站之間，可進(jìn)行雙向同時(shí)數據交換(TWS)或雙向交替(TWA)的數據交換。接口速率最高可達56kbps。

四、VSAT小站可提供通話(huà)功能

VSAT小站本身具備語(yǔ)音端口，經(jīng)過(guò)衛星轉發(fā)器及主控站作適當的技術(shù)處理，進(jìn)入電話(huà)交換網(wǎng)，這樣，小站的用戶(hù)即可以和電話(huà)網(wǎng)上的任何一個(gè)用戶(hù)溝通電話(huà)聯(lián)系。同理，在電話(huà)網(wǎng)上的任何一個(gè)用戶(hù)，也可以通過(guò)主控站向小站的用戶(hù)溝通電話(huà)建立聯(lián)系。

五、今后衛星通信的發(fā)展

目前我國已有20余個(gè)部門(mén)興建VSAT專(zhuān)用網(wǎng)，其中約有2000個(gè)端站分別設在省、市、地的各部門(mén)，形成了VSAT通信網(wǎng)。

衛星通信是微波通信技術(shù)發(fā)展的延伸，采用的頻段與地面微波基本相同，國內應用的C頻段與地面微波中繼系統的頻段重復，在國外用Ku頻段，從發(fā)展的觀(guān)點(diǎn)看，也不能完全避免與地面微波中繼系統的頻譜重疊，因此衛星通信與地面微波中繼通信系統之間不可避免地存在著(zhù)系統間的干擾協(xié)調問(wèn)題。

在衛星通信設計中應正確地選用最佳的調制方式和多址技術(shù)，對于高效直達電路采用中速率數據(IDR)加上數字倍增設備(DCME)是最佳的傳輸方式。目前采用點(diǎn)對點(diǎn)2.048Mbps帶DCME的IDR，每個(gè)載波可傳120路64kbps的數字信息。對于發(fā)達地區可用8.448Mbps和34.368Mbps容量更大的IDR載波，以提高每載波的容量和轉發(fā)器的效率，同時(shí)對邊遠地區使用半速率IDR(1.024Mbps)即可?？傊?，為了充分利用資源，應采取各種技術(shù)措施，確保衛星通信的順利發(fā)展。