浅析VSAT通信在海洋船舶上的应用

杨浩波

（上海维赛特网络系统有限公司，上海 201206）

1 引言

随着海上作业的增加，海上的通信需求也越来越受到人们的重视，海上各种船舶上的人员需要与岸上人员或海上其他船舶上人员进行随时联络，且随着信息化的不断发展，人们对于通信内容和形式的要求也越来越高。海上作业人员希望获得如在陆地上同样方便而形式多样的通信方式。

海洋通信就是在海洋上进行的通信，其通信的两端一方是汪洋大海上的船舶，另一方则是陆地或海上的另一艘船舶，海洋通信既使用陆地通信常用的某些技术手段，也有许多特殊的问题而自成系统。要解决海洋上船舶的通信，不仅仅是照搬陆地上的通信方式，还由于海洋的特殊性，需要对陆地通信手段进行一定的改进，以适应海洋的特殊环境。由于海洋辽阔，本文所讨论的海洋船舶通信主要是针对在我国临海及经济作业区内进行渔业作业、海上物流、工程作业，以及执行各种执法任务船舶的通信应用。

目前，我国海上船舶的通信手段主要是传统短波、超短波通信、海事卫星通信、北斗卫星等，主要是用于导航、对讲、短信、语音电话等，这虽然说可以解决海上人员的部分通信需求，但价格昂贵，数据通信带宽小。海事卫星虽然可以提供语音电话、传真、标准的IP数据业务等，但其最高的带宽也只能达到430kb/s左右，与目前高速发展的通信态势相比，明显落后，无法满足海上人员的通信要求。

2 VSAT通信的优势与不足

根据现行的《电信业务分类目录》中的定义，VSAT通信（甚小口径终端地球站通信业务）是指“利用卫星转发器，通过VSAT通信系统中心站的管理和控制，在国内实现中心站与VSAT终端用户（地球站）之间、VSAT终端用户之间的语音、数据、视频图像等传送业务。”在VSAT通信系统中，用户小站天线口径较小，一般为0.3米～2.4米，天线增益/天线噪声温度（G/T）值低于19.7dBk。

VSAT卫星通信具有覆盖面广，通信成本与通信距离无关，可以实现点对点，点对多点，广播能力和数据汇聚能力；小站天线口径小，部署灵活，并具备双向多点能力，无需地面中继，可独立组网，直接面向用户终端，易开通、易扩容等优点，使其在边缘地区通信覆盖、应急通信和防灾减灾等通信领域，发挥着越来越重要的作用。

VSAT卫星通信的上述特点也非常适合在海洋船舶上应用。VSAT通信相对于目前传统的海上通信手段，在数据传输的带宽上有很大的突破，上行数据速率从几兆一直可以到几十兆。由于传输速率的大幅度提升，VSAT的应用范围随之扩大。

VSAT通信也存在缺陷。比如，使用的通信天线相对较大，设备的采购成本相对较高（见表1）。

图1 VSAT通信在海洋上应用的网络拓扑图

表1 传统通信手段与VSAT通信手段的对比表

3 VSAT通信在海洋上的应用方式

从技术上来看，VSAT在陆地上的各种应用均可以在海洋船舶上应用，其网络结构也可以自由组合，图1是VSAT通信在海洋船舶上的一种网络拓扑图。

3.1 远程监控

通过在船上安装摄像头，并经过专门的视频压缩设备进行H.264编码压缩后可以TCP/IP的方式传输，然后通过卫星传输到卫星中央站，各相关管理部门可通过地面专线或者卫星链路连接到卫星中央站，从而形成从相关管理部门到海上船舶间的通信链路，在陆地上的相关管理部门人员可以通过专门的软件随时查看当前某一船舶的实时状况。如果链路带宽有限，可以对在船舶上的监控视频图像采用双码流方式，即通过卫星传输到相关管理部门的视频编码率较低，有利于传输；而本地存储的视频编码率较高，有利于保证图像的清晰性。该技术可以应用在执法船舶、工程船舶、物流船舶、渔业船舶上，尤其是渔业船舶，一旦发生碰撞纠纷，可以及时查看视频资料，还原事件真相，减少不必要的争执，帮助查明事件起因和经过。

3.2 视频会议

对于在海洋上的执法船舶，随时需要与其他执法船舶进行交流或与地面基地进行汇报交流。采用VSAT通信之后，由于信道带宽的扩大，通信能力得到大幅提升。通过在船上部署视频会议设备，并通过网线与卫星终端相连，从而将视频会议终端设备接入卫星网络，并在卫星中央站安装一台MCU，从而船舶上的执法人员可与海上的其他执法人员及地面基地人员之间进行视频会议，由于在卫星中央站安装了MCU，如果需要，还可进行多方视频会议，方便了海上人员的沟通交流。

3.3 语音电话

虽然目前海上人员可以通过海事电话拨打电话，但由于海事电话价格昂贵，且需使用专门的电话机，所以使用上不方便。安装了VSAT通信设备之后，由于VSAT通信是通过TCP/IP进行传输的，可以通过语音网关设备将模拟电话信号转换成IP信号，然后通过VSAT设备传输到卫星中央站，在卫星中央站通过语音网关将IP信号转换回模拟信号，然后可接入电信PSTN公网。这样，海上人员可以在自己的船舱房间内拨打电话，大大方便了海上人员拨打电话。另外，由于采用VSAT通信方式，数据通信和语音通信的信道可以复用，大大降低了拨打电话的通信费用。

3.4 数据传输

利用VSAT系统，传输数据非常方便。VSAT通信的一个重要特点就是通信带宽的分配非常自由，可以按照实际需要进行即时分配，而且带宽也较之前的海事卫星大很多，最多可达几十兆，大大提升了数据传输能力，海洋船舶可以方便地和其他船舶和岸上人员进行数据的传输。

3.5 Internet应用

当VSAT通信应用到海洋船舶上之后，Internet浏览就成为了现实，人们可以在大海上浏览网页、收发邮件，还可以使用即时通信软件进行聊天，大大扩展了海上人员与外界的沟通方式，丰富了海上人员的业余生活。另外，随着海上Internet的使用成为可能，其他一些互联网应用也可以随之开发出来。

4 VSAT通信在海上应用的配套条件

作为一个通信系统，VSAT通信系统由卫星资源、卫星中央站设备、海上卫星终端设备等组成。

4.1 卫星资源

国内卫星通信主要使用C波段和Ku波段。目前，在我国上空有10多颗国产商用通信卫星，这些卫星拥有众多C，Ku波段转发器资源，其中，C波段的转发器大都可以覆盖到我国的东部海域及南海全境。如果采用C波段通信，需要考虑船体大小。由于C波段的VSAT系统小站的天线相对较大，一般双向小站采用1.8米及以上的口径，所以适合较大的船舶，如各类执法船或大型渔船，而对于船体较小的普通渔船则不合适。Ku波段相对C波段而言，天线口径相对较小，一般可控制在1米以内，非常适合海上使用。但卫星的Ku波段覆盖范围较小，目前还没有一颗作为商业用途的卫星可以有固定的波束覆盖到我国上述海域全境，尤其是南海海域（一般都只能覆盖到中沙群岛一带，无法覆盖到南沙群岛），这也是目前VSAT通信系统在海洋上应用的局限。新的即将投入运行的亚洲5号及中星11号卫星据称将有专门的南海波束，届时可以大大提升我国在海洋区域的卫星通信资源，有利于推动VSAT在海洋上的应用，但这也仅仅是移动波束而非固定波束。期待今后能有更多可以覆盖上述海域的商用卫星投入使用，以解决VSAT在海洋上使用时的卫星资源问题。

4.2 卫星中央站设备

卫星中央站是海洋与陆地联络的中心枢纽，主要包括天线、射频以及基带系统部分。其中，天线部分即带有侍服系统的大型双向天线，一般口径在10米左右；射频部分包括高功率放大器、低噪声放大器、上下变频器等设备，负责将基带系统部分的信号变频放大后发射上卫星，以及将天线接收下的微弱信号进行低噪声放大变频后传送给基带系统；基带系统设备在本质上和陆地上使用的VSAT系统没有什么特别的区别，一般陆地上使用的VSAT系统都可以使用。考虑到海洋上使用时天线口径的限制，所以建议采用星型网络结构的VSAT系统。由于目前对于数据传输量越来越大，建议采用DVBRCS模式，可以支持TCP/IP传输方式的VSAT系统。对于网络结构比较简单的SCPC模式，虽然也是一种不错的选择，但是在SCPC模式下，每一艘船舶和卫星中央站建立通信链路，均需要建立一对卫星通信载波，且卫星中央站需对每一艘船舶预备一个相应的卫星调制解调器，以满足每艘船舶的通信需求。这些限制条件对于在卫星网络中的船舶数量不大的情况下是没有问题的，但可扩容性较差，一旦船舶数量大幅度增加，SCPC网络由于其复用性差的劣势将很难满足通信要求。而本文前面提到的星型网络结构的VSAT系统能很好地满足和适应大容量的船舶通信要求，其优势十分明显。

4.3 船载设备

船载设备也包括天线（图2）、射频及卫星调制器部分。由于船舶在海上航行时的晃动性，所以船载天线必须具有自动跟踪能力，并能适应海上的潮湿、盐雾比较大的特点。射频部分和卫星调制器设备与陆地上使用的设备没有大的区别，一般陆地上可以使用的设备海上均可以使用。同样，卫星调制器设备也应尽量采用星型结构且支持TCP/IP方式系统的设备。

5 结束语

图2 船载天线

随着海上作业的越来越频繁，VSAT通信在海洋船舶上的应用也将越来越多，并且随着VSAT通信各种相关产品的不断推出及VSAT通信条件的成熟和完善，越来越多的海上船舶将选择使用VSAT通信系统。同样，VSAT通信系统也将给海洋船舶带来诸多联网便利及越来越广泛的应用，提升海上执法、工程作业、渔业生产、海上物流的通信水平。

[1]（加）罗迪，郑宝玉等译．卫星通信．北京：机械工业出版社，2011

[2]陈豪．卫星通信与数字信号处理．上海：上海交通大学出版社，2011

[3]王秉钧，王少勇．卫星通信系统．北京：机械工业出版社，2004

[4]郭庆，王振永，顾学迈．北京：电子工业出版社，2010