VSAT卫星通信系统详解

 VSAT是VERY SMALL APERTURE TERMINAL的缩字，直译为甚小口径卫星终端站。所以也称为卫星小数据站(小站)或个人地球站(PES)，这里的“小字”指的是VSAT卫星通信系统中小站设备的天线口径小，通常为1.2-2.4M。利用此系统进行通信具有灵活性强、可靠性高、使用方便及小站可直接装在用户端等特点，利用VSAT用户数据终端可直接和计算机联网，完成数据传递、文件交换、图像传输等通信任务，从而摆脱了远距离通信地面中断站的问题。使用VSAT作为专用远距离通信系统是一种很好的选择。

【VSAT卫星通信系统的组成】

VSAT卫星通信系统由空间和地面两部分组成。

VSAT卫星通信系统的空间部分就是卫星，一般使用地球静止轨道通信卫星，卫星可以工作在不同的频段，如C、ku和Ka频段。星上转发器的发射功率应尽量大，以使VSAT地面终端的天线尺寸尽量小。

VSAT卫星通信系统的地面部分由中枢站、远端站和网络控制单元组成，其中中枢站的作用是汇集卫星来的数据然后向各个远端站分发数据，远端站是卫星通信网络的主体，VSAT卫星通信网就是由许多的远端站组成的，这些站越多每个站分摊的费用就越低。一般远端站直接安装于用户处，与用户的终端设备连接。

【VSAT卫星通信系统的技术指标】

1、系统参数

外向载频：信息速率512KBPS，12FEC，BPSK调制方式，时分复用(TDM)。

内向载频：信息速率128KBPS，12FEC，BPSK调制方式，频分多址、时分多址混合方式(FDMA TDMA)。

误码率：EB No>6.5dB时，小于1×10-7。

①数据通信

速率：异步：75-19.2kbps

同步：(采用接口规程)1.2-56kbps;

同步：(位透明)1.2-65kbps;

规程：SDLC、X.25，BITT(位透明方式);

电气接口：主站：RS-232C、RS-449、V35(DTE、DCE均可)

小站：RS-232C(DCE);

电路连接模式：点对点连接、点对多点连接。

②语音通信

采用RELP(残余激励线性预测)编码。

接口：主站：用户交换机(PABX)-四线E8M

小站：电话机DTME，工线环路信号，RJ11连接器用户

交换机(PABX)-四线E8M

③传真

带内模拟(G3)，基带(G3或G4)。

④小站配置

标准配置：一个数据端口(RS-232C)。

扩展配置：三个数据口或一个数据端口，一个语音口。

⑤小站工作环境

温度：户内单元10-40℃

户外单元-30-50℃

电源：220±10%，50HZ;

功耗约：400W。

【VSAT卫星通信系统的特点】

VSAT卫星通信系统有十分明显的特点，它主要包括以下几个方面。

(1)　地面(远端)站天线的直径小，一般在2米以下，目前采用较多的是1.2～1.8米。登山运动员有时用直径0.3米的便携式个人地球站。

(2)　发射功率小，一般在1~3瓦之间。

(3)　质量很轻，常用的为几十千克，有的小到几千克，便于携带。

(4)　价格低廉，经济实用。该系统不但设备的售价低，而且它取得的经济效益远远大于设备的售价。

(5)　建设周期短。它比传统的地面通信手段简单得多，不需要架设电缆、光缆。它也不像微波通信必需每隔50千米架设一个中继站。VSAT卫星通信系统中，只要在通信的两端安装必要的设备就可以，而且这种设备的安装也比较简单。

(6)　通信的费用与通信的距离没有关系。在一般的通信系统中，距离越长费用越高，而VSAT卫星通信与距离没有关系，而且越远越适合采用VSAT通信。

(7)　VSAT卫星通信不受地形和气候环境的影响，因为它不需要架设地面设施，受地面的干扰小。

(8)　VSAT卫星通信技术的最大优点就是组网灵活，容易扩充用，而且维修方便，因为它没有复杂的地面设备。

【VSAT卫星技术的应用】

VSAT站能很方便地组成不同规模、不同速率、不同用途的灵活而经济的网络系统。一个VSAT网一般能容纳200~500个站，有广播式、点对点式、双向交互式、收集式等应用形式。它既可以应用于发达国家，也适用于技术不发达和经济落后的国家，尤其适用于那些地形复杂、不便架线和人烟稀少的边远地区。因为它可以直接装备到个人，所以军事上也有重要的意义。概括起来，VSAT技术可以应用于以下几个方面。

(1)　普及卫星电视广播和卫星电视教育，传送广播电视、商业电视信号，尤其对于我国的边远地区，利用这种方式可以在物质文明建设和精神文明建设方面起到很大的作用。

(2)　用于财政和金融系统、证券系统，对市场的情况进行动态跟踪管理，大大地缩短资金周转周期。深圳的证券交易系统就是利用VSAT系统与四面八方的客户进行双向通信的。

(3)　用于水利建设的管理，监测水文变化，防止和减少自然灾害的损失。VSAT系统可以及时传输气象卫星、海洋卫星、资源卫星和地面检测站获取的信息。

(4)　用于交通运输的管理。国外发达的国家已经将VSAT用在铁路的运营调度，大大缓解了在交通运输的紧张状态。用VSAT可以方便地开展任何两地的通话、电传和电报业务，节省了经费和时间。

(5)　军事上应用。在1991年的海湾战争中，多国部队利用VSAT进行了大量的移动通信，甚至将其装备到每个士兵。

(6)　应急通信和边远地区通信的应用。对于自然灾害或突发性事件VSAT都是最便利的应急通信备份体系，例如：5.12的汶川地震。

VSAT是VERY SMALL APERTURE TERMINAL的缩字，直译为甚小口经卫星终端站。所以也称为卫星小数据站(小站)或个人地球站(PES)，这里的“小字”指的是VSAT卫星通信系统中小站设备的天线口径小，通常为1.2-2.4M。利用此系统进行通信具有灵活性强、可靠性高、使用方便及小站可直接装在用户端等特点，利用VSAT用户数据终端可直接和计算机联网，完成数据传递、文件交换、图像传输等通信任务，从而摆脱了远距离通信地面中断站的问题。使用VSAT作为专用远距离通信系统是一种很好的选择。

一、VSAT通信系统简要技术指标及特点

1、系统参数

外向载频：信息速率512kbps，1?2FEC，BPSK调制方式，时分复用(TDM)。

内向载频：信息速率128 kbps，1?2FEC，BPSK调制方式，频分多址?时分多址混合方式(FDMA?TDMA)。

误码率：Eb?No>6.5dB时，小于1×10-7。

①数据通信

速率：异步：75-19.2kbps

同步：(采用接口规程)1.2-56kbps;

同步：(位透明)1.2-65kbps;

规程：SDLC、X.25，BITT(位透明方式);

电气接口：主站：RS-232C、RS-449、V35(DTE、DCE均可)

小站：RS-232C(DCE);

电路连接模式：点对点连接、点对多点连接。

②语音通信

采用RELP(残余激励线性预测)编码。

接口：主站：用户交换机(PABX)-四线E8?M

小站：电话机DTME，工线环路信号，RJ11连接器用户

交换机(PABX)-四线E8?M

③传真

带内模拟(G3)，基带(G3或G4)。

④小站配置

标准配置：一个数据端口(RS-232C)。

扩展配置：三个数据口或一个数据端口，一个语音口。

⑤小站工作环境

温度：户内单元10-40℃

户外单元-30-50℃

电源：220V±10%，50HZ;

功耗约：400W。

2、VSAT卫星通信系统有以下几个特点

目前卫星通信在世界上用的比较多的是VSAT和INMARSAT卫星通信系统，我们以VSAT系统为例来简述卫星站及网络。

①通信容量不断增大，成本明显下降，而现在我们使用的第五代通信卫星的容量增大为12000条话路，每条话路租金已下降为第一代的1?20。

②卫星的体积和重量不断加大，星上转发器日益增多，地球站的天线直径逐渐缩小。从早期的30M缩小到4.5M以致于1M左右，因而它的规模也日益减少。

③发展微型的地球站通信网，它比较能够满足那些希望自建卫星专用通信网行业部门的需要。这些专用网一般都是分布在较远的地区，相当分散，业务量不大，路由较稀。

3、VSAT卫星通信系统的优点

①利用VSAT通信不受地形、地物的影响，适用于其他通信手段难以通达的地方。

②设备安装快，在具备条件时，开通一个小站，需1-2天。

③通信质量高，网内采用各种自动检错纠错功能，信息误码率低，正常情下，小于10-7。

④利用先进的数据处理技术和延时补偿及本地轮询(P011)功能，缩短系统响应时间。

⑤采用按需分配(DAMA)技术，充分利用卫星信道。

⑥有通话能力，采用先进话音处理技术，保证话音质量。

二、VSAT通信系统公众网络

美国HUGHES公司VSAT系统的主站、小站、转发器及设备采用亚洲一号通信卫星构成了用户公众网络。该网络为星状结构，网络控制以软件为主，网络业务以数据通信为主，可以兼顾少量的话音通信业务。

1、主站(HVB)

主站也称枢纽站：主站装有圈套口径的天线以便尽量减少远端小站的发射功率和卫星发射功率，此外，主站还装有VSAT主站终端设备和网络控制中心。主站对全网进行管理、监测和控制。主站的数据端口一般情况下给地面中断线路延伸到用户并与其中计算机相连，主站端口的信息速率较高。

2、通信卫星

通信卫星是信号在空间的中转站。公众VSAT系统采用亚洲一号同步卫星，它定于东径105.50，星上有24个转发器，我国采用第八个转发器的部分频段。转发器工作于C频段，采用卫星北半球波束，该波束可覆盖我国，为线性极化方式。

3、小站(VSAT或PES)

小站可安装于用户通信现场，它分户内户处两部分。户外设备可架设在建筑物顶层。天线口径为1.8M，为偏馈修正的抛物面天线。户内设备可直接与用户通信设备相连，户内与户外设备通过一条同轴电缆相连。

三、VSAT卫星通信系统的网络构成

VSAT系统采用软件为主的控制方式，根据用户的不同要求，系统可支持主站端口与小站多种方式连接。有点对点，点对多点连接，这种连接可以是单向的也可以是双向的，基于这种连接，使用系统提供的不同用户接口规程，用户可选择多种通信模式。VSAT网络结构示意图如下：

1、点对点连接

此方式是通过空间信道将主站某一端口进行逻辑上连接。VSAT中使用的这种连接方式的数据传输情况有以下几种：

①异步字符透明传输

A、双向数据传输。适合字符型终端之间进行异步全双工通信，最大信息速率为19.2Kbps(指的是空间信道)。

B、单向数据传输(广播方式)，它是上述传输的特例，适合于数字广播业务。

②同步位透明传输

A、双向数据传输，适合采用不同种类用户规程的终端接入，此方式要求用户终端采用VSAT系统提供的时钟，即用户终端采用外时钟同步方式工作，速率提高为64kbps。

B、单向数据传输(广播方式)。连接口小站终端只收不发，最高速率为64kbps，适合点对点数据广播业务。

③LAPB点对点方式

BAPB是平衡型链路接入规程，它是CCITT，X.25网路接口标准的一部分，是适合实际X.25规程以外，而链路采用LAPB特殊用户规程的计算机间的通信。

2、点到多点连接

点到多点连接指同一小站不同数据端口，或不同小站数据端口与主站同一端口间建立逻辑上的连接，组成一点到多点的网路而实现通信目的。点到多点连接有以下几种方式：

①Moltidrop方式：此方式为异步字符传输方式，小站各端口与主站端口间可进行全双工异步通信，在采用此方式时，通信终端最好采用一种面向字符型的通信规程，以避免多个小站上的终端同时向主站发送信息造成冲突，最高速率9600bps。

②异步字符广播式。多个小站的终端只收不发，适合有数据广播业务的场合。

③同步位透明广播方式。此方式与上述方式在道理上一样，只不过信息按同步方式传输它的最高速率达64 kbps。

④采用SDLC方式。要求用户主机终端采用SDLC规程接入主站及小站端口，1个小站端口最多可接入15个远端设备。主站和小站之间，可进行双向同时数据交换(TWS)或双向交替(TWA)的数据交换。接口速率最高可达56kbps。

四、VSAT小站可提供通话功能

VSAT小站本身具备语音端口，经过卫星转发器及主控站作适当的技术处理，进入电话交换网，这样，小站的用户即可以和电话网上的任何一个用户沟通电话联系。同理，在电话网上的任何一个用户，也可以通过主控站向小站的用户沟通电话建立联系。

五、今后卫星通信的发展

目前我国已有20余个部门兴建VSAT专用网，其中约有2000个端站分别设在省、市、地的各部门，形成了VSAT通信网。

卫星通信是微波通信技术发展的延伸，采用的频段与地面微波基本相同，国内应用的C频段与地面微波中继系统的频段重复，在国外用Ku频段，从发展的观点看，也不能完全避免与地面微波中继系统的频谱重叠，因此卫星通信与地面微波中继通信系统之间不可避免地存在着系统间的干扰协调问题。

在卫星通信设计中应正确地选用最佳的调制方式和多址技术，对于高效直达电路采用中速率数据(IDR)加上数字倍增设备(DCME)是最佳的传输方式。目前采用点对点2.048Mbps带DCME的IDR，每个载波可传120路64kbps的数字信息。对于发达地区可用8.448Mbps和34.368Mbps容量更大的IDR载波，以提高每载波的容量和转发器的效率，同时对边远地区使用半速率IDR(1.024Mbps)即可。总之，为了充分利用资源，应采取各种技术措施，确保卫星通信的顺利发展。