武秀廣，任培明

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心，北京 100037）

1 VSAT簡(jiǎn)介

VSAT（甚小孔徑終端）通常指衛(wèi)星天線口徑小于3米（1.2～2.8米），具有高度軟件控制功能的地球站[1]。發(fā)展寬帶VSAT通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)是寬帶數(shù)據(jù)廣播、寬帶多址接入、衛(wèi)星通信規(guī)程、網(wǎng)絡(luò)綜合管理、寬帶虛擬子網(wǎng)。[2][3]

2 VSAT地面設(shè)備

VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間和地面兩部分組成。

VSAT的終端一般是網(wǎng)絡(luò)的一部分，并有一個(gè)較大的地球站作為網(wǎng)絡(luò)的“主站”，通常位于網(wǎng)絡(luò)或終端產(chǎn)生大流量的地方。[4]

一個(gè)主站由射頻設(shè)備、VSAT接口設(shè)備和用戶接口設(shè)備組成。射頻設(shè)備包括天線、低噪聲放大器、固態(tài)功率放大器和變頻器。主站的射頻設(shè)備可封裝在室外設(shè)備中，以降低傳輸線路的損耗。如果需要求高穩(wěn)定性，那么還需要室內(nèi)備份設(shè)備和轉(zhuǎn)換設(shè)備。[5]

2.1 主站

在以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)（下面簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)據(jù)VSAT網(wǎng)）中，主站既是業(yè)務(wù)中心也是控制中心。主站通常與主計(jì)算機(jī)放在一起或通過(guò)其他（地面或衛(wèi)星）線路與主計(jì)算機(jī)連接，作為業(yè)務(wù)中心（網(wǎng)絡(luò)的中心結(jié)點(diǎn)）；同時(shí)在主站內(nèi)還有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制中心（NCC）負(fù)責(zé)對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、管理、控制和維護(hù)。在以話音業(yè)務(wù)為主的VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)（下面簡(jiǎn)稱(chēng)話音VSAT網(wǎng)）中，控制中心可以與業(yè)務(wù)中心在同一個(gè)站，也可以不在同一個(gè)站，通常把控制中心所在的站稱(chēng)為主站或中心站。

2.2 VSAT小站

VSAT小站由小口徑天線、室外單元（ODU）和室內(nèi)單元（IDU）組成。

2.3 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器

一般采用工作于C或Ku波段的同步衛(wèi)星透明轉(zhuǎn)發(fā)器。具體采用何種波段不僅取決于VSAT設(shè)備本身，還取決于是否有可用的星上資源，即是否有Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器可用，如果沒(méi)有，那么只能采用C波段。

3 VSAT網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為星狀網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)和混合網(wǎng)（星狀+網(wǎng)狀）等三種。

采用星狀結(jié)構(gòu)的VSAT網(wǎng)最適合于廣播、收集等進(jìn)行點(diǎn)到多點(diǎn)間通信的應(yīng)用環(huán)境。[1]

采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)VSAT網(wǎng)（在進(jìn)行信道分配、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理等時(shí)一般仍要用星形結(jié)構(gòu)）較適合于點(diǎn)到點(diǎn)之間進(jìn)行實(shí)時(shí)性通信的應(yīng)用環(huán)境。

采用混合結(jié)構(gòu)的VSAT網(wǎng)最適合于點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)之間進(jìn)行綜合業(yè)務(wù)傳輸?shù)膽?yīng)用環(huán)境。此種結(jié)構(gòu)的VSAT網(wǎng)綜合了前兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，允許兩種差別較大的VSAT站（即小用戶用小站，大用戶用大站）在同一個(gè)網(wǎng)內(nèi)較好地共存，能進(jìn)行綜合業(yè)務(wù)傳輸，能擇優(yōu)選擇最合適的多址方式，估計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。

帶寬設(shè)備連接VSAT網(wǎng)絡(luò)信號(hào)至用戶的地面設(shè)備。VSAT組網(wǎng)非常靈活，可根據(jù)用戶要求單獨(dú)組成一個(gè)專(zhuān)用網(wǎng)，也可與其他用戶一起組成一個(gè)共用網(wǎng)（多個(gè)專(zhuān)用網(wǎng)共用同一個(gè)主站）。

一個(gè)VSAT網(wǎng)實(shí)際上包括業(yè)務(wù)子網(wǎng)和控制子網(wǎng)兩部分，業(yè)務(wù)子網(wǎng)負(fù)責(zé)交換、傳輸數(shù)據(jù)或話音業(yè)務(wù)，控制子網(wǎng)負(fù)責(zé)對(duì)業(yè)務(wù)子網(wǎng)的管理和控制。傳輸數(shù)據(jù)或話音業(yè)務(wù)的信道可稱(chēng)為業(yè)務(wù)信道，傳輸管理或控制信息的信道稱(chēng)為控制信道。

4 VSAT接入方式

接入方式是決定VSAT性能的關(guān)鍵要素之—，同時(shí)也決定著系統(tǒng)的工作量和總延時(shí)，早期VSAT無(wú)一例外地采用了頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等多址方式。隨著技術(shù)的進(jìn)步，分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇笠?guī)模地興起，VSAT系統(tǒng)又增添了不少新型多址連接方式，例如隨機(jī)多址連接（RA）和按需分配的多址方式（DAMA）等。當(dāng)然，在VSAT系統(tǒng)中，不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不同的傳輸鏈路，其接入方式也是不同的。下面就介紹五種常用的接入方式：

4.1 TDM/FDMA（時(shí)分復(fù)用/頻分多址）方式

這種方式通常用于星型網(wǎng)絡(luò)中心站的出站鏈路，采用連續(xù)的TDM載波，典型的信息速率為57.6kb/s，153.6kb/s，256kb/s，512kb/s。在一個(gè)VSAT網(wǎng)絡(luò)中，如果不能滿足業(yè)務(wù)量要求，則可增加多個(gè)TDM出站載波，即TDM/FDMA載波，每個(gè)TDM載波對(duì)應(yīng)一群VSAT站。

4.2 SCPC/FDMA方式

這種方式通常用于各遠(yuǎn)程VSAT站向中心站發(fā)送數(shù)據(jù)的入站鏈路，每個(gè)VSAT站占用一個(gè)載波，這種方式典型的信息速率為1.2kb/s，2.4kb/s，4.8kb/s，9.6kb/s，其優(yōu)點(diǎn)是線路延時(shí)小、線路專(zhuān)用；缺點(diǎn)是線路利用率低，靈活性差。它適用于業(yè)務(wù)量固定且平穩(wěn)的VSAT網(wǎng)。

4.3 TDMA時(shí)分多址方式

傳統(tǒng)的TDMA方式是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)站數(shù)的多少，給每個(gè)站劃分一個(gè)固定時(shí)隙，而在VSAT網(wǎng)絡(luò)中，它們與傳統(tǒng)的TDMA方式有很大差異，比較典型的有：

（1）S-A LOH A（時(shí)隙-A LOH A）方式。ALOHA和S-ALOHA均指隨機(jī)爭(zhēng)用衛(wèi)星信道方式。ALOHA是純隨機(jī)方式，既沒(méi)有預(yù)約也沒(méi)有分配時(shí)隙，主要用于突發(fā)數(shù)據(jù)通信，發(fā)送短文等。S-ALOHA是時(shí)隙ALOHA方式，為普通使用的方式，與ALOHA相比，減少了碰撞概率，提高了傳輸率，這種方式常用于低業(yè)務(wù)突發(fā)通信且VSAT站數(shù)目的網(wǎng)絡(luò)。

（2）R-ALOHA（預(yù)約-ALOHA）方式。這是方式是在ALOHA信道上開(kāi)一個(gè)預(yù)約時(shí)隙，對(duì)較長(zhǎng)的分組采用預(yù)約方式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)較短的數(shù)據(jù)則采用隨機(jī)方式。在這種接入方式中，當(dāng)VSAT站有數(shù)據(jù)要發(fā)送到中心站時(shí)，需發(fā)送一個(gè)申請(qǐng)給中心站的按需分配處理器，并表明需要發(fā)送的通信量，中心站把定量的TDMA時(shí)隙分配給相應(yīng)的VSAT站。當(dāng)有多個(gè)VSAT站同時(shí)向中心站發(fā)出申請(qǐng)時(shí)，則需排隊(duì)等侯。這種方式可用于數(shù)據(jù)量變化較大的用戶。

（3）Stream（數(shù)據(jù)流）方式。這種方式主要用于傳輸較長(zhǎng)的連續(xù)數(shù)據(jù)，如大數(shù)據(jù)文件、話音及視頻電話等。

（4）AA-TDMA（自適應(yīng)-時(shí)隙分配）方式。這是一種自適應(yīng)調(diào)整TDMA方式。每個(gè)遠(yuǎn)程VSAT站按需使用時(shí)隙，并根據(jù)通信量的大小調(diào)整時(shí)隙的寬度。也可根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)情況，自動(dòng)變換接入方式，如ALOHA，Stream，R-ALOHA。

4.4 CDMA（碼分多址）方式

這種方式根據(jù)需要采用適當(dāng)位數(shù)的擴(kuò)頻編碼，不同的VSAT站采用不同的地址碼。當(dāng)中心站與若干個(gè)（如N個(gè)）VSAT站通信時(shí)，將所要傳輸?shù)腘個(gè)信號(hào)用指定的N種不同的偽隨機(jī)碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，同時(shí)使用同一種出站載波頻率傳給N個(gè)VSAT站，只要各個(gè)VSAT站的接收機(jī)使用各自規(guī)定的偽隨機(jī)碼來(lái)解調(diào)，它們便可分別接收到相應(yīng)的原始信號(hào)。這種通信方式具有抗窄帶干擾能力及保密通信的能力。

4.5 DAMA（按需分配多址）方式

在路由較少環(huán)境中，采用保SCPC、傳統(tǒng)的FDMA這樣的固定分配方式是對(duì)空間段資源的浪費(fèi)，為提高效率，可以使用DAMA技術(shù)。這可以在每呼叫（call by call）基礎(chǔ)上建立衛(wèi)星鏈路，大量的VSAT站按需享用衛(wèi)星容量，以較好利用空間段資源。當(dāng)DAMA技術(shù)用于FDMA網(wǎng)絡(luò)時(shí)就被稱(chēng)為DA/FDMA方式；用于TDMA網(wǎng)絡(luò)中時(shí)就被稱(chēng)為DA/TDMA方式，或稱(chēng)為SCPC/DAMA方式。

5 VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)應(yīng)用

VSAT站能很方便地組成不同規(guī)模、不同速率、不同用途的靈活而經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。一個(gè)VSAT網(wǎng)一般能容納200～500個(gè)站，有廣播式、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式、雙向交互式、收集式等應(yīng)用形式。它既可以應(yīng)用于發(fā)達(dá)國(guó)家，也適用于技術(shù)不發(fā)達(dá)和經(jīng)濟(jì)落后的國(guó)家，尤其適用于那些地形復(fù)雜、不便架線和人煙稀少的邊遠(yuǎn)地區(qū)。因?yàn)樗梢灾苯友b備到個(gè)人，所以軍事上也有重要的意義[7][8]。

6 結(jié)束語(yǔ)

由于Internet的驅(qū)動(dòng)，像其他通信技術(shù)一樣，衛(wèi)星通信正轉(zhuǎn)向滿足數(shù)據(jù)通信的全面需求。目前，VSAT是衛(wèi)星通信中的主流技術(shù)之一，它的應(yīng)用相當(dāng)成功和普及，但傳統(tǒng)VSAT提供的業(yè)務(wù)速率不太高，隨著各種新應(yīng)用的出現(xiàn)，對(duì)高速率提出了要求。一些在VSAT市場(chǎng)角逐的大公司投入大量的資金和人力進(jìn)行一場(chǎng)提高網(wǎng)絡(luò)速度的競(jìng)爭(zhēng)。因?yàn)閂SAT網(wǎng)的速度越快，銷(xiāo)售和購(gòu)買(mǎi)它的公司就越有競(jìng)爭(zhēng)力。目前建設(shè)的VSAT網(wǎng)能容納高達(dá)2Mb/s的出站鏈路速率，許多VSAT公司計(jì)劃使網(wǎng)絡(luò)速率達(dá)到20Mb/s或更高。

[1] 楊運(yùn)年.VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)[M].北京：人民郵電出版社，1998.1-18.

[2] 杜珊三.VSAT衛(wèi)星通信在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[D].廣州：中山大學(xué)，2010.

[3] 岳炳良.VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)之研究[A].1999年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集(上冊(cè))[C]，1999年.

[4] 王明賢.VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)性能及安裝中應(yīng)注意的問(wèn)題[J].山東氣象，1997年02期.

[5] 王躍新.VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)施[D].北京郵電大學(xué)，2010年.

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[9] 陳如明.現(xiàn)代VSAT系統(tǒng)及其發(fā)展前景[J].微波與衛(wèi)星通信，1994年01期.