甚小口径终端(VSAT,Very Small Aperture Terminal)是甚小口径天线卫星地球站通信系统的简称,突出指出的是该卫星通信系统地球站使用的天线口径相对很小(尤其是端站天线直径通常在几米之间,G/T值低于19.7dB/K)。VSAT主要工作在Ku波段(11~14GHz)或C波段(4~6GHz)的一种软件控制的智能化的小型地球站系统。
一、VSAT系统的特点
VSAT系统天线尺寸较小、设备紧凑、全固态化、功耗小、价格低廉,是由多个卫星用户端站(也称小站)和一个主控站(也称枢纽站或中心站)通过通信卫星(或其转发器)组成星状或网状的通信网,通常支持2Mb/s以下低速数据的单向或双向通信。国内VSAT通信是指利用通信卫星转发器,通过VSAT通信系统主站的控制,按需向国内VSAT终端用户(端站)提供相互间的各种通信信道,实现VSAT终端用户之间的数据、话音、传真、广播、图像、电视等通信。下表1根据VSAT卫星通信系统的特征列出了其具有的突出特点。
表 1:VSAT卫星通信系统所具有的突出特点
二、系统构成
1、通信系统组成
甚小口径天线卫星地球站通信系统(VSAT)的构成如下图2-1所示,它是由主站、卫星转发器和端站所组成。主站也称中心站或主控站,提供当地的业务接口和与卫星的连接,并对系统的控制与管理(包括检测、控制、卫星信道的分配、通信链路的建立等)。VSAT系统往往仅提供稀路由业务的传输,所以通常是使用地球同步卫星轨道(GSO)卫星中的一个转发器作为空中中继节点。端站作为用户端节点,为用户提供业务接口并于卫星相连接。
图 2-1:VSAT卫星通信系统组成图
2、主站设备的组成
由图2-1可知,主站(地球站)由于其发射功率相对较大、功能较多,其设备相对庞大些,类似于固定业务的卫星地球站。它是由基带处理系统、调制系统(调制器、解调器等)、收发信系统(上/下变频器、高功放/低噪放等)、天馈系统(馈线/天线、跟踪设备等)、管理系统设备及电源系统设备等所组成。
3、端站设备的组成
VSAT端站(地球站)设备通常主要包括三部分:室外单元(ODU)、室内单元(IDU)和天线等设备。ODU通过中频连接电缆连接到IDU。室外单元由馈源、接收设备(低噪声放大器和下变频器)、发送设备(高功放和上变频器)组成。IDU包括基带接收设备(中频下变频器和解调器)、基带发射设备(中频上变频器和调制器)、用户终端或电话的接口设备和对输入输出信号进行监控的处理器等。早期端站的天线一般为1米(用于带主站的星状网)或2米(用于不带主站的网状网),采用固态功放SSPA。
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三、VSAT系统的组织
1、组网的拓扑结构
按VSAT系统组网的拓扑结构,可组成星状网、网状网和混合网。星状网的示意如下图3-1所示,它即以主站为中心,可与多个端站通信,主站与端站之间由直达的信道,端站之间的通信必须经主站处理、转发。所有VAST站由主站所配的管理系统进行监控管理。网状网即任意两个端站之间均可经卫星一跳直接建立通信。混合网即星状网和网状网的混合。VSAT系统的组网拓扑结构应根据用户的业务类型、业务量、通信质量、相应时间等要求进行选择。当业务以传输数据为主时,宜采用星状网的拓扑结构;当业务以传输话音为主时,在经济条件允许时,宜采用网状网的拓扑结构;当业务远期需建网状网时,在初期建网时应统一考虑。
图 3-1:VSAT系统的星状组网结构示意图
2、组网的多址方式
VSAT卫星通信网通过卫星共用信道建立通信链路,采用多址规约。多址方式是指在卫星覆盖区内的多个地球站,通过同一颗卫星的中继,建立两址和多址之间的通信。其多址方式主要有频分多址(TDMA)、时分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)四种方式(SDMA目前已很少使用了)。对于星状网,从主站到端站的外向信道,一般采用广播时分复用技术(TDM),各端站接收到由主站发送来的相同数据流,各端站根据地址码选取发给本站的数据。
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3、组网的信道分配
VSAT卫星通信网的信道分配方式可分为固定分配方式、动态分配方式和按需分配方式。固定分配方式是按事先规定半永久性地分配给每个地球站固定数目的信道。按需分配方式是指卫星信道不是或不完全是固定分配给各站专用,而是根据地球站的申请临时分配使用,使用完毕后回归信道库。动态分配方式是指根据需要实时地分配给网中各站。VSAT系统的信道分配方式的选择考虑的因素详见下表3-3。
表 3-3:VSAT系统的信道分配方式的选择考虑的因素
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4、组网的编号要求
为了使VSAT系统各站、各用户、各种业务间实现互相通信,需要对VSAT卫星通信网实施编号。VSAT卫星通信网应以数据、话音端口为编号单元;应根据VSAT卫星通信网络结构的特点进行编号。
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5、组网的接口配置
VSAT卫星通信网的接口应具有支持多种网络接口和通信协议的能力,并能根据用户的具体要求进行协议转换。系统可支持与固网的连接接入、与移动网的连接接入、与数据网的连接接入、与互联网的连接接入、与广播电视网的连接接入、与用户的连接、中频的连接接入等,以提供话音、数据、图像、视频、互联网等业务通信。早期的VSAT系统主要支持2Mb/s以下低速数据的单向或双向通信,随着VSAT系统卫星技术的进步,新的VSAT系统可以配置STM-1接口,以支持较高速率的传输。
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四、VSAT系统的传输性能要求
同理,VSAT系统的传输性能应包括误码性能和可用性性能,由于其传输路径包括有空间链路(起码有一跳),VSAT系统的误码性能和可用性性能必须符合其规定要求。另外,VSAT系统的干扰容限指标对业务的传输影响也至关重要,首先是对于处于相同工作频段的地面无线接力系统(地面微波通信系统)的干扰容限;还有对于处于相同工作频段的固定业务卫星系统的偏轴等效全向辐射功率(EIRP)密度的限制。
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五、VSAT系统的工程建设要求
我国通信行业工程建设标准YD/T 5028《国内卫星通信小型地球站(VSAT)通信系统工程设计规范》,对VSAT系统的工程建设提出了相关规划设计要求,适用于C波段和Ku波段的数据、图像和话音等业务传输的VSAT系统的设计。
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1、站址的选择
VSAT系统的站址选择应分别包括主站和端站的站址选择;而端站又分为固定端站和移动端站;对于移动端站又包括了动中通、静中通、船载站、机载站、便携站等。因此,VSAT系统的站址选择,应根据VSAT网的规划、通信技术、业务接入节点要求,结合水文、地质、地震、交通、城市规划、投资、维护管理等因素综合比较选定。特别是要注意同频通信系统间的干扰协调和电磁环境的保护。
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2、设备的安装
VSAT系统的设备安装应包括室内设备的安装和室外设备的安装,主站安装的设备相对较多、天线直径相对较大(还可能包括追踪系统)。VSAT系统的设备安装还包括了电源系统的设备,还应注意其防雷接地系统的建设。因此,设备的安装应严格按照工程设计图纸要求进行。
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VSAT系统的主要应用于金融、期货即时交易、行情信息传输;交通、能源管理系统;远程医疗及会议电视;气象/地震的数据采集预报;信用卡验证、旅馆预定、订票及零售点业务;临时应急通信;跨地域专网和专线;卫星寻呼联网等。目前VSAT已广泛应用于工业、农业,建筑业、运输业、金融业、油田、外贸等垂直行业,并被有效地用于解决边远地区的通信。
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