论VSAT卫星通讯地面站系统设计思路

赵希

【摘要】 VSAT卫星通讯地面站，对于接入型卫星天线及系统的建设，系统设计上需要考虑诸多因素，设计环节还需视系统实际建站情况具体分析。只要设计思路清晰严谨，具备理论及数据支撑，便能够有效的服务于生产建设工作。

【关键词】 VSAT 卫星通讯 设计思路

一、前言

目前VSAT（甚小天线地球站）系统广泛应用于陆地及海洋多种行业中，作为更为便捷、高效、稳定的通讯手段，尤以灾备、应急、救援、指挥、生产、娱乐等应用更为突出，广泛使用于地面应急指挥中心、偏远山区、海上钻采平台、船舶等环境。卫星通讯具有传输距离远，覆盖面广，对地理环境要求不高，建设快等优点，特别适合远离中心城市地面线路网络的通讯建设，通过电磁波作为传输介质，以同步卫星作为中转站，快速连接大型中心卫星地面站网络至远端，通过卫星调制解调器调制解调载波，实现双向网络数据传输，进而通过复用实现语音、数据等拓展应用。对于接入型卫星天线及系统的建设，系统设计上需要考虑诸多因素，设计环节还需视系统实际建站情况具体分析。

二、设计思路

卫星通讯地面站的建设及组网，无论是中小型中心站还是远端站，在设计上，需要满足如下规范：

《国内卫星通信地球站工程设计规范》（YD 5050-2005）

《国内卫星通信地球站设备安装工程验收规范》（YD/ T5017-2005）

《国内卫星通信小型地球站（VSAT）通信系统工程验收规范》（YD/T5028-2005）

在系统设计思路上，一切设计最终围绕建站的目的以及使用者的需求进行分析，即使用用户所需求的网络带宽多大，利用卫星链路传输的网络上承载什么业务。当了解用户需求后，设计一个卫星地面站的系统组成，需要考虑的因素有：

1、建设卫星地面站的地理位置，经纬度；

2、使用的卫星资源；

3、设备选取；

4、链路计算；

5、线缆选取。

具体来讲，当拿到用户需求后，分析出满足用户需求所使用的网络带宽，根据建站的地理位置经纬度，查找能够同时覆盖接入中心站和建设远端站的卫星资源，并需要掌握所使用卫星的参数。根据建站地点约束、环境、气候等选取卫星频段为C波段或者Ku波段，以及建站使用卫星天线的口径。通常情况下，使用QPSK的调制方式，2Mbps（上行+下行）卫星频宽资源，C波段卫星天线2.4米至4.5米口径或Ku波段1.2米至4.5米口径天线均满足使用。

在制定的天线口径条件下，根据需要使用的卫星与频宽，使用的调制方式，建站的经纬度作为前提条件，进行链路计算。其中需要考虑运行业务上保留3dB功率回退余量，保证卫星链路载波传输的稳定性。根据链路计算，匹配使用卫星功放的功率大小，同时听取卫星公司的建议选取合适的天线口径。

此外，还需要根据接入中心站的情况，以及使用的卫星转发器，确定天线使用的极化方式及极化方向。选取的卫星调制解调器也需要同中心站规格匹配。

线缆的选取是整套卫星地面站系统中最为重要的部分，线缆承载着载波传输、系统供电两个任务，整套系统信号质量是否良好，噪声余量调节是否富足，全部在于选取合适的传输线缆。根据卫星天线功放及低噪声放大器的匹配，现阶段最常用的设备载波传输工作在L波段（950-2150MHz）。Ku波段卫星天线，室内至室外敷设的电缆，基本上采用两根L波段低损电缆作为载波传输媒介，一收一发。C波段卫星天线，根据功放送电的需求，还需要额外敷设一根三芯电源线。

即使采用的L波段传输的低损耗信号线缆，在传输路径上依然存在损耗，这就需要根据实际室外部分至室内设备之间的线缆长度，选取合适的线缆标号（同轴电缆横截面积），计算路径损耗，达到室内外载波传输经过线缆路径的损耗后，依然能够落入卫星调制解调器使用最大频带需求的调解范围，并保留噪声余量的目的，使得载波有效传输。下面举一个设计案例，分析系统中信号线缆选取的设计思路。

图2是一套4.5米口径C波段中小型中心站系统设计图，主要展示了整套系统载波传输路径上噪声损耗的计算。

示例图中，采用100W收发一体机卫星功放，输出功率P1dB为49dBm，因该功放具备20dB增益补偿，最大增益为69dB。系统中总共含有7台卫星调制解调器工作，因此采用1：8合路器进行分路接入，衰减损耗9dB。采用的卫星调制解调器，噪声输出功率在-40至0dB之间，其最大输出噪声功率为0dB。

该系统室内1：8合路器至室外卫星功放之间的距离约为100米，拟定采用安德鲁LDF5-50（7/8）低损同轴电缆，该标号线缆100米损耗为5.18dB。为了验证所选用线缆是否合适，进行系统每调制解调器载波最大允许输出噪声功率计算。卫星功放考虑3dBm功率回退余量，调制解调器发射噪声功率以10dB有效值为基准。因此综合计算，在1：8合路器下，卫星调制解调器每载波最大允许噪声功率计算方法为：

49dBm（P1dB）-3dBm（回退余量）-10dB（有效值）-69dB（最大增益）+5.18dB（100米线缆损耗）+9dB（1：8合路器衰减）=-18.82dBm

通过计算得知，案例中卫星调制解调器每载波最大允许噪声功率完全在调制解调范围内，且在单个卫星调制解调器上具备约19dB的功率余量，即使卫星功放上行增益回退5dB，卫星调制解调器仍有14dB功率余量，这对于采用QPSK调制、3/4编码方式将是非常理想的数值，卫星链路将会非常稳定。这也就验证选取的线缆标号非常合适，不会因线路上的衰减影响了载波的传输，进而保证了卫星链路传输的稳定性。

三、卫星地面站建站流程及注意事项

建设卫星地面站如果是在陆地特别是城市中长期使用，需要至相关部门进行备案。影响楼宇等整体结构的建设，需要到当地建设委员会进行备案。卫星地面站具备一定的电磁辐射，还需要至建站当地无线电委员会进行申请备案，提供相应站点相关信息材料，由无线电委员会对站点进行电磁环境检测，出具合格使用报告后颁发电台运营执照，此后方可建设卫星地面站。

天线安装位置选取需保持周围环境空旷，对预计使用的卫星指向方向上避免楼群等高建筑物的遮挡。天线基础生根牢固，必须采取相应安全防护措施。室内外设备之间连接的线缆不宜过长，从经济成本上及施工难度上考虑避免使用过长、过粗信号线缆。特定的环境下，还需要考虑防雷措施及接地的良好性。

四、结语

设计一套VSAT卫星通讯系统方案考虑的因素有很多，但只要设计思路清晰严谨，具备理论及数据支撑，便能够有效的服务于生产建设工作。一套好的系统设计方案能够使实际应用建设工作更加便捷及高效，使建设后的系统运行更加稳定。