VSAT卫星通信系统综述

武秀广，任培明

（国家无线电监测中心，北京 100037）

1 VSAT简介

VSAT（甚小孔径终端）通常指卫星天线口径小于3米（1.2～2.8米），具有高度软件控制功能的地球站[1]。发展宽带VSAT通信网的关键技术是宽带数据广播、宽带多址接入、卫星通信规程、网络综合管理、宽带虚拟子网。[2][3]

2 VSAT地面设备

VSAT卫星通信系统由空间和地面两部分组成。

VSAT的终端一般是网络的一部分，并有一个较大的地球站作为网络的“主站”，通常位于网络或终端产生大流量的地方。[4]

一个主站由射频设备、VSAT接口设备和用户接口设备组成。射频设备包括天线、低噪声放大器、固态功率放大器和变频器。主站的射频设备可封装在室外设备中，以降低传输线路的损耗。如果需要求高稳定性，那么还需要室内备份设备和转换设备。[5]

2.1 主站

在以数据业务为主的VSAT卫星通信网（下面简称数据VSAT网）中，主站既是业务中心也是控制中心。主站通常与主计算机放在一起或通过其他（地面或卫星）线路与主计算机连接，作为业务中心（网络的中心结点）；同时在主站内还有一个网络控制中心（NCC）负责对全网进行监测、管理、控制和维护。在以话音业务为主的VSAT卫星通信网（下面简称话音VSAT网）中，控制中心可以与业务中心在同一个站，也可以不在同一个站，通常把控制中心所在的站称为主站或中心站。

2.2 VSAT小站

VSAT小站由小口径天线、室外单元（ODU）和室内单元（IDU）组成。

2.3 卫星转发器

一般采用工作于C或Ku波段的同步卫星透明转发器。具体采用何种波段不仅取决于VSAT设备本身，还取决于是否有可用的星上资源，即是否有Ku波段转发器可用，如果没有，那么只能采用C波段。

3 VSAT网络结构

VSAT卫星通信网的网络结构可分为星状网、网状网和混合网（星状+网状）等三种。

采用星状结构的VSAT网最适合于广播、收集等进行点到多点间通信的应用环境。[1]

采用网状结构VSAT网（在进行信道分配、网络监控管理等时一般仍要用星形结构）较适合于点到点之间进行实时性通信的应用环境。

采用混合结构的VSAT网最适合于点到点或点到多点之间进行综合业务传输的应用环境。此种结构的VSAT网综合了前两种结构的优点，允许两种差别较大的VSAT站（即小用户用小站，大用户用大站）在同一个网内较好地共存，能进行综合业务传输，能择优选择最合适的多址方式，估计会有较大的发展。

带宽设备连接VSAT网络信号至用户的地面设备。VSAT组网非常灵活，可根据用户要求单独组成一个专用网，也可与其他用户一起组成一个共用网（多个专用网共用同一个主站）。

一个VSAT网实际上包括业务子网和控制子网两部分，业务子网负责交换、传输数据或话音业务，控制子网负责对业务子网的管理和控制。传输数据或话音业务的信道可称为业务信道，传输管理或控制信息的信道称为控制信道。

4 VSAT接入方式

接入方式是决定VSAT性能的关键要素之—，同时也决定着系统的工作量和总延时，早期VSAT无一例外地采用了频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等多址方式。随着技术的进步，分组数据传输的大规模地兴起，VSAT系统又增添了不少新型多址连接方式，例如随机多址连接（RA）和按需分配的多址方式（DAMA）等。当然，在VSAT系统中，不同的网络拓扑结构，不同的传输链路，其接入方式也是不同的。下面就介绍五种常用的接入方式：

4.1 TDM/FDMA（时分复用/频分多址）方式

这种方式通常用于星型网络中心站的出站链路，采用连续的TDM载波，典型的信息速率为57.6kb/s，153.6kb/s，256kb/s，512kb/s。在一个VSAT网络中，如果不能满足业务量要求，则可增加多个TDM出站载波，即TDM/FDMA载波，每个TDM载波对应一群VSAT站。

4.2 SCPC/FDMA方式

这种方式通常用于各远程VSAT站向中心站发送数据的入站链路，每个VSAT站占用一个载波，这种方式典型的信息速率为1.2kb/s，2.4kb/s，4.8kb/s，9.6kb/s，其优点是线路延时小、线路专用；缺点是线路利用率低，灵活性差。它适用于业务量固定且平稳的VSAT网。

4.3 TDMA时分多址方式

传统的TDMA方式是根据网络内站数的多少，给每个站划分一个固定时隙，而在VSAT网络中，它们与传统的TDMA方式有很大差异，比较典型的有：

（1）S-A LOH A（时隙-A LOH A）方式。ALOHA和S-ALOHA均指随机争用卫星信道方式。ALOHA是纯随机方式，既没有预约也没有分配时隙，主要用于突发数据通信，发送短文等。S-ALOHA是时隙ALOHA方式，为普通使用的方式，与ALOHA相比，减少了碰撞概率，提高了传输率，这种方式常用于低业务突发通信且VSAT站数目的网络。

（2）R-ALOHA（预约-ALOHA）方式。这是方式是在ALOHA信道上开一个预约时隙，对较长的分组采用预约方式来传输数据，对较短的数据则采用随机方式。在这种接入方式中，当VSAT站有数据要发送到中心站时，需发送一个申请给中心站的按需分配处理器，并表明需要发送的通信量，中心站把定量的TDMA时隙分配给相应的VSAT站。当有多个VSAT站同时向中心站发出申请时，则需排队等侯。这种方式可用于数据量变化较大的用户。

（3）Stream（数据流）方式。这种方式主要用于传输较长的连续数据，如大数据文件、话音及视频电话等。

（4）AA-TDMA（自适应-时隙分配）方式。这是一种自适应调整TDMA方式。每个远程VSAT站按需使用时隙，并根据通信量的大小调整时隙的宽度。也可根据用户的业务情况，自动变换接入方式，如ALOHA，Stream，R-ALOHA。

4.4 CDMA（码分多址）方式

这种方式根据需要采用适当位数的扩频编码，不同的VSAT站采用不同的地址码。当中心站与若干个（如N个）VSAT站通信时，将所要传输的N个信号用指定的N种不同的伪随机码进行扩频调制，同时使用同一种出站载波频率传给N个VSAT站，只要各个VSAT站的接收机使用各自规定的伪随机码来解调，它们便可分别接收到相应的原始信号。这种通信方式具有抗窄带干扰能力及保密通信的能力。

4.5 DAMA（按需分配多址）方式

在路由较少环境中，采用保SCPC、传统的FDMA这样的固定分配方式是对空间段资源的浪费，为提高效率，可以使用DAMA技术。这可以在每呼叫（call by call）基础上建立卫星链路，大量的VSAT站按需享用卫星容量，以较好利用空间段资源。当DAMA技术用于FDMA网络时就被称为DA/FDMA方式；用于TDMA网络中时就被称为DA/TDMA方式，或称为SCPC/DAMA方式。

5 VSAT卫星通信系统应用

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[7][8]。

6 结束语

由于Internet的驱动，像其他通信技术一样，卫星通信正转向满足数据通信的全面需求。目前，VSAT是卫星通信中的主流技术之一，它的应用相当成功和普及，但传统VSAT提供的业务速率不太高，随着各种新应用的出现，对高速率提出了要求。一些在VSAT市场角逐的大公司投入大量的资金和人力进行一场提高网络速度的竞争。因为VSAT网的速度越快，销售和购买它的公司就越有竞争力。目前建设的VSAT网能容纳高达2Mb/s的出站链路速率，许多VSAT公司计划使网络速率达到20Mb/s或更高。

[1] 杨运年.VSAT卫星通信网[M].北京：人民邮电出版社，1998.1-18.

[2] 杜珊三.VSAT卫星通信在电力系统中的应用分析[D].广州：中山大学，2010.

[3] 岳炳良.VSAT卫星通信网络的技术特点及发展趋势之研究[A].1999年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C]，1999年.

[4] 王明贤.VSAT卫星通信系统性能及安装中应注意的问题[J].山东气象，1997年02期.

[5] 王跃新.VSAT卫星通信系统设计与业务应用实施[D].北京邮电大学，2010年.

[6] 贾本凯，庄卉，郭随平.VSAT卫星通信在应急气象服务中的应用展望[A].第七届长三角气象科技论坛论文集[C]，2010年.

[7] 刘昂.VSAT卫星通信的商用化运营服务[J].电力系统通信，2001年07期.

[8] 张煦.全球移动卫星通信的发展前景[J].上海交通大学学报，1996年03期.

[9] 陈如明.现代VSAT系统及其发展前景[J].微波与卫星通信，1994年01期.