便携式卫星通信地球站发展综述

刘丽宏，刘丰凯

(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081；2.中航工业综合技术研究所基础能力部，北京 100028)

便携式卫星通信地球站发展综述

刘丽宏1，刘丰凯2

(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081；2.中航工业综合技术研究所基础能力部，北京 100028)

便携式卫星通信地球站是卫星通信主要站型之一，不受地理环境和使用空间的影响，能够快速开通投入使用，便携站的研究对灾害救援、突发事件应急响应等具有重要意义。简单回顾了便携站的诞生和发展，在对国外典型设备和国内几家公司代表产品简单介绍的基础上，指出了国内外同类产品的差距。明确了便携式卫星通信地球站设备更轻、速率更高、更廉价和更便于使用等发展趋势，在分析卫星通信便携站使用需求基础上，给出了国产便携站下一步研究重点及建议思路，为后续的研究工作提供了参考。

卫星通信；便携地球站；背负式；箱式

Abstract The portable satellite communication earth station is one of the main satellite communication station types，not affected by geographical environment and application space.It can be rapidly set up and put into operation,having important significance for disaster assistance and emergency response.The paper briefly reviews the generation and development of the portable earth station,and indicates the differences between domestic and foreign similar products on the basis of the simple introduction of representative foreign equipment and representative products of several domestic companies,and identifies that the portable satellite communication earth station has the development trend of light device,high rate,cheap cost and easy operation.Based on the analysis of operation requirements of the portable satellite communication earth station,the next step of research focus and advisable idea for domestic requirement is proposed to provide the reference to the following research work.

Key words satellite communication；portable earth station；man-pack；box-type

0 引言

卫星通信系统的站型按安装方式分为：固定、车载、船载、机载和便携[1]，由于便携式卫星通信地球站具有携带方便、安装开通迅速、使用灵活、结构简单、体积小和重量轻等特点，以及明显强于手持式卫星通信终端的通信能力，便携站在救灾[2]、探险、勘探或突发事件等方面得到了广泛应用。

国内便携式卫星通信地球站经过多年发展具有了一定的基础，从设计和使用角度来看，基础和不足并存。如何在摸清基础、找准不足的情况下进行便携站创新优化设计是关键问题。摸清基础方面，重点对现有国内外便携式卫星通信地球站历史、现状和应用需求进行分析，包括对便携站历史及发展趋势进行分析理解；找准国产便携站不足，重点是准确地识别便携站发展的关键技术。

1 便携站应用需求分析

便携站使用场景包括：

① 救灾、减灾：在灾难突然降临，地面常规通信手段基本损毁[3]，救援人员需携带通信设备赶往现场，及时把现场情况反馈到后方救援指挥部，并接收后方的指挥和情报信息；

② 探险和勘探：小分队使用地点不固定，需要时时与后方保持联络，获取地质、天气等各种相关的情报信息并发送本地的信息；

③ 突发事件：需要临时搭建卫星通信系统进行超视距通信。

便携站适合于临时性或安装地点经常变更，地面没有常规通信手段使用环境，能够快速、低成本提供数据和话音等多种业务传输。用户的使用需求决定了便携站设计，需求分析包括用户传输的业务种类、业务传输的速率、工作地点和携带方式等多方面。

携带方式：背负式或箱式。背负式设备单兵背负的重量要求控制在20 kg以内[4]，箱式设备单箱的重量要求控制在40 kg以内。

业务种类决定了便携站的预留业务接口有几种，每种有几个，例如用户使用IP业务，便携站需留网口，便携站应具有相关模块进行IP业务的接入处理。

业务传输的速率应在站型的传输能力范围内，即天线、功放和终端组合形成的传输能力。

工作地点要在用户使用卫星的覆盖范围内。

2 便携站发展历程及现状

2.1 发展历史

由于早期卫星资源的限制，卫星地球站天线口径非常大，发射功率也要求很高，难以广泛应用。进入80年代，随着卫星功率的提高，微处理器、集成电路技术、射频器件技术以及编码和调制等数字信号处理技术的成熟，VSAT(Very Small Data Terminal)得以兴起。卫星通信的应用开始面向小型用户并得到了迅速的普及[5]。VSAT系统一般由1～2个大型中心站和几十到上百个VSAT站组成[6]，中心站的天线口径Ku频段2.4 m以上、发射功率在80 W以上，用户终端的天线口径不超过1.5 m[7]、发射功率1～2 W左右。VSAT终端具有天线口径小[8]、设计结构紧密、功耗小、成本低、安装方便和环境条件无特殊要求的特点[9]。

VSAT技术自20世纪80年代兴起，早期的系统主要支持低速数据、传真和话音等业务，不支持互联网业务，例如1988年中国广播卫星公司引进VSI设备建立的VAST系统，该系统制式TDM/SCPC，系统没有按需分配功能，传输声码话时延比较大。90年代中期，以美国Hughes公司为代表，推出了TES(Telephony Earth Station)系统和PES(Personal Earth Station)系统，制式为ADPCM/SCPC(DAMA)，系统支持按需分配，开始支持低速互联网业务。2003年，欧洲电信标准协会ETSI发布了交互信道标准，即DVB-RCS标准[10]，由于DVB-RCS标准的出台，结束了各个VSAT厂商各自为阵、标准不统一的局面，采用DVB-RCS标准的便携站逐渐代替普通的VAST站。便携站从数据业务为主向以互联网应用为特征的多媒体综合业务发展[11]，速率从低速发展到中高速，体制从SCPC(PAMA)发展到TDM/MF-TDMA[12]。随着VSAT技术发展出现了最早的便携式卫星通信地球站，便携式卫星通信地球站近20年得到了迅速的发展，下面介绍国内外的几款便携式卫星通信设备。

2.2 国外发展现状

2.2.1 IPT手提箱式卫星终端系统

SWE-DISH公司生产的该系统主要应用于突发事件、远程新闻采访/赛事转播等场合。该系统工作在Ku频段，集成了数据路由器、调制器、上变频、高功放、GPS、电子罗盘、高频头和天线等组件，天线口径0.90 m×0.66 m(等效0.8 m抛物面天线)，基于IP的传输方式，传输速率64 kbps ～2 Mbps，包装箱尺寸为70 cm×47 cm×31 cm，重量为39 kg(配20 W功放)，采用自动对星方式，开通时间小于5 min，供电采用AC220 V或DC24 V，功耗750 W，工作温度范围-20～ +40 ℃，如图1所示。其特点是集成度高、操作简单和工艺水平高。

图1 IPT手提箱式卫星终端系统

2.2.2 SkyWAN© IP FLYAWAY

ND SatCom公司生产的该款卫星通信设备工作在Ku频段，集成了调制器、上变频、功放、高频头和天线等组件，等效天线口径为1.0 m，基于IP的传输方式，最高传输速率2 Mbps，2只包装箱，尺寸均为70 cm×65 cm×40 cm，重量为47 kg(配15 W功放，不含包装箱)，采用手动对星方式，对星时间小于5 min，供电采用AC110 V/240 V，功耗430 W(配15 W功放)，工作温度范围-30～+50 ℃。其特点是可根据需要灵活选配8～25 W功放。

2.2.3 MPT1000

该产品为ND SatCom公司生产另一款卫星通信设备，工作在Ku频段，集成了调制器、上变频、功放、高频头和天线等组件，等效天线口径为1.0 m，基于IP的传输方式，传输速率64 kbps～8.75 Mbps，2只包装箱尺寸分别为80 cm×52 cm×31 cm和47 cm×42 cm×21 cm，重量为60 kg(配4 W功放)，采用手动对星方式，开通时间小于15 min，供电采用DC24 V，功耗230 W(配4 W功放)，工作温度范围-31～+49 ℃，如图2所示。其特点是具有较高的传输速率，MF-TDMA通信体制，具备组网能力。

图2 MPT1000

2.2.4 哈里斯公司的1.3m Seeker 终端

哈里斯公司采用一种方法将一个1.3 m 的3 波段(X、Ku、Ka)终端装到一个可航运、可验箱体中。这种被称为“Seeker”的终端带有RF 电子和卫星调制解调器以及手动天线，重量小于90 磅，可全部装到一个67 英寸的可航运流线型箱体中。该终端的设计简单，整体简洁大方，终端拆卸重装也很容易。

2.2.5 Tampa Microwave X850MP 便携式卫星终端

Tampa Microwave公司的VSAT 终端在市场上无疑是最简单、强大和便捷的，而且外形美观。该公司发明了一种技术，可将“薄片”(slice)连到一起。“薄片”其实就是调制解调器或射频包，意味着可以方便地更换任何射频模块(改变频带或射频功率输出)或任何调制解调器模块(例如，将Radyne 的换成iDirect 的)。这种模块化和简单化确是微卫星产业的特点。

2.3 国内发展现状

2.3.1 ADK3000便携式天线

北京爱科迪公司的ADK3000天线口径为0.9 m×0.6 m，包装箱尺寸为69 cm ×46 cm ×29 cm，重量为35 kg(配16 W功放)，对星时间小于5 min，供电采用AC220 V，总功耗小于500 W，如图3所示。其特点是安装简单、收藏尺寸小[13]。不足之处是工艺水平有待提高。

图3 AKD3000卫星天线展开

2.3.2 TS-ARK&A1000

TS-ARK&A1000是北京华胜天成信息技术发展有限公司推出的一款便携自动对星的Ku和Ka频段卫星通信天线系统，本系统具有自动工作、Ku和Ka共用主面、环境适应性强等特点，主要针对目前国内卫星资源由Ku向Ka过度阶段及对设备便携性要求更为严格的用户而设计。

系统配备等效口径为1.0 m高性能正馈碳纤维抛物面天线及环焦馈源系统，介质馈源采用一体化结构设计，可配置40 W BUC，能满足一般用户中等容量的通信需求。

图4 TS-ARK&A1000系统工作状态

整个天线系统由1.0 m反射面系统、馈源系统和座架系统3部分组成[14]，拆装简单方便，无需任何工具。TS-ARK&A1000系统可工作在Ku频段或Ka频段，通过更换馈源及射频设备实现，两频段共用一套主反射面。Ku频段工作在线极化方式，Ka频段即可工作在圆极化也可工作在线极化方式，通过改变馈源安装位置实现。

2.3.3 Ku频段FDMA卫星便携站

中国电子科技集团公司第五十四研究所的Ku频段FDMA卫星便携站主要用于车辆不能到达的偏远地域范围内的通信保障，也可为政府应急通信部门、新闻媒体和特殊用户提供轻巧可靠、灵活组网的中低速率卫星通信保障。产品具有以下特点：

① 体积小、重量轻，便于携带[15]，可放入背包或航空箱中；

② 功耗低，采用先进的电源管理，满足野外恶劣条件使用；

③ 作为远端站可与中心站及其他远端站间星状或网状组网；

④ 支持话音、数据和IP等综合业务接入[16]；

⑤ 天线：0.9 m、1.2 m抛物面天线，自动或手动；

⑥ 信息速率： 业务信道128 ～ 2 048 kbps。

图5 Ku频段FDMA卫星便携站示意

2.4 国内外便携站特性对比分析

多个厂家生产的便携站或便携天线：天线口径、对星方式和传输速率等主要指标对比如表1所示。

表1 多种便携站或便携式天线特性分析表

国外便携站的工作频段以Ku频段为主，对星方式有自动和手动2种，自动对星功耗较大。功放从2～25 W，根据需要选配，终端可单独设计，也可和天线一体化设计。业务传输以IP数据为主。优势：集成度高、操作简单、工艺水平高、传输速率高(最高速率可达2 Mbps以上)。

国内与国外产品的差距主要表现在：集成度低、操作复杂、传输速率低、工艺水平不高。

3 便携式卫星通信地球站发展趋势

消费者要求便携式卫星通信设备更轻、速率更高、更廉价、更便于使用，因此国产便携式卫通设备的发展趋势也应朝着小型化、多频段和模块化等方向发展。

① 设备小型化：随着元器件集成度越来越高、处理器能力越来越强，射频和终端等设备体积和重量将越来越小；

② 一体化设计：天线、射频、终端一体化设计，小型终端可安装在天线的底座，小功率射频模块可集成安装在天线上；

③ 多频段：随着卫星通信应用的越来越广泛，原有的频率资源越来越紧张，向更高的频段发展就成为趋势，便携站具有多频段能力才能更好适应用户需求，比如哈里斯公司的1.3 m Seeker 终端具有X、Ku、Ka三频段通信能力。

④ 模块化：随着集成度的提高，设备可做成模块，比如各种功率/频率的射频模块、各种速率/体制的调制解调器等，Tampa Microwave X850MP 便携式卫星终端应用了这一技术，可以方便地进行灵活组合，提高了产品的适应性。

⑤ 拆装方便：便携站的安装越来越简化，由于设备集成度提高，拆卸复杂的部分已可以集成在一起整体安装，例如天线的馈源网络和射频部分可作为一个整体装配，节省时间，降低安装难度。

⑥ 操作简单[17]：由于空间技术、器件技术和计算机技术等取得了巨大的进步，使得卫星通信系统设计和技术应用越来越复杂，系统能力越来越强，便携站只需配置几个简单参数，加入卫星通信网，其他的网络参数可通过主站下发由系统配置复杂的网络参数，以系统复杂化换来了应用的简单化。

⑦ 业务接入采用模块化设计，根据用户需求终端配置业务接入模块减小终端体积。便携站的业务以IP数据业务为主[18]，兼顾话音和视频业务[19]。

便携站设备朝着模块化、小型化发展，使得整站携带方便、安装开通迅速，便携站使用频段的扩展，增加用户可选的卫星资源范围，人们使用卫星通信越来越方便。随着社会进步人们通信需求越来越强烈，在突发性、临时性这种细分的通信市场，便携站具有速率高、成本低、传输业务种类多的优势。因此具有广阔的发展前景[20-21]。

4 结束语

随着卫星通信技术进步，便携站功能越来越强，由于其适用范围广、安装使用方便成为卫星通信发展应用方向之一[22]。与国外相比，我国的便携式卫星通信设备，无论从设计理念还是从技术工艺上都还存在着一定的差距，主要表现在设备集成度低、操作使用繁琐、传输速率不高和工艺水平差等方面，找出差距，吸收国外先进的设计思想，在硬件方面进行关键技术突破，提高设备集成度，优化软件设计简化操作使用，提高传输速率，采用先进工艺提高工艺水平，使得国产便携站符合国际发展趋势是提高我国便携式卫星通信设备水平的有效途径。

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Review on Development of Portable Satellite Communication Earth Station

LIU Li-hong1，LIU Feng-kai2

(1.The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China； 2.AVICChinaAero-polytechnologyEstablishment,Beijing100028,China)

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.08.15

刘丽宏，刘丰凯.便携式卫星通信地球站发展综述[J].无线电工程,2017,47(8):62-66.[LIU Lihong，LIU Fengkai.Review on Development of Portable Satellite Communication Earth Station[J].Radio Engineering,2017,47(8):62-66.]

2017-04-01

科学技术部国家重点研发计划基金资助项目(2016YFB0800301)。

TP927

A

1003-3106(2017)08-0062-05

刘丽宏 女，(1967—)，高级工程师。主要研究方向：卫星通信总体技术。