卫星通信地面站建网(第二版)

卫星通信地面站建网

孟晓龙，李希源，刘博，左玲，王娇

摘 要：通信卫星按其业务涉及的范围可以分三类：国际通信卫星、区域通信卫星和国内通信卫星。国际通信卫星是主要经营国际电信业务的通信卫星，其中最著名的是国际通信卫星组织所经营的国际通信卫星(INTELSAT)，它们代表着世界卫星通信产业发展的典型历程；区域通信卫星是某个地区的多个国家共同使用的通信卫星，如亚洲卫星、亚太卫星等。国内通信卫星是用于覆盖本国领土的通信卫星。由于国内通信卫星建造费用较低，投入运行周期短，是“快、好、省”的建立国家基础电信网络的重要手段，因此颇受发展中国家的青睐，截至目前，除发达国家外，已有许多发展中国家建立了自己的国内通信卫星系统。

所谓卫星通信网，就是利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在地球站之间进行通信的网络。它具有全球覆盖的能力，不仅能够保证高传输速率和较高的带宽，而且支持灵活的、大规模的网络结构。卫星通信网不但可以作为地面网络的补充和完善，而且可以单独构成天基卫星网络，使得来自陆地、海洋、天空乃至于太空的信息流能够顺利通过卫星网络传输。

VAST名词解释：VSAT通信是卫星通信的一种，VSAT是Very Small Aperture Terminal的英文缩写，意思是甚小口径卫星通信终端，通常系指终端天线口径在1.2--2.8米左右的卫星通信地球站。VSAT是甚小地球站卫星通信系统。VSAT卫星通信技术自80年代中提出以来，以其小巧轻便，安装简单，组网灵活，功能多样，使用方便，价格低廉等优点，发展极为迅速。因为VSAT通行站可以安放在楼顶及移动车辆上，通信直接服务到用户而不必经过转接，减少了对路上转换网的依赖。一般这种通信网都不大，只需占用部分的卫星转发器即可组网通信。

本文将主要通过对卫星通信原理及地面站建网的阐述，来介绍VSAT卫星通信网的基本概念与原理，以及典型的卫星通信网络系统。

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关键词：卫星通信；VAST；宽带化

Satellite communications ground station network construction

Meng xiaolong,Li xiyuan,Liu bo,Zuo ling

Abstract: Communications satellites can be divided into three categories of the scope of their business involves: Intelsat, regional communications satellite, and domestic communication satellite. Intelsat is mainly engaged in the international telecommunications business communications satellite, the most famous of which is the international communications satellite operated by the International Telecommunications Satellite Organization (INTELSAT), they represent the typical course of world satellite communications industry; regional communications satellite is a many countries in the region to use the communication satellite, AsiaSat, Asia-Pacific satellite. Domestic communications satellite communications satellite used to cover the national territory. Lower the construction costs of domestic communications satellite, put into operation cycle is short, it is an important means of \"faster, better, Province\" the establishment of a national basic telecommunications network, so popular favor of developing countries, so far, developed countries outside many developing countries have established their own domestic communications satellite system.

The so-called satellite communications network, that is, use of an artificial earth satellite as a relay station forwards the radio wave, and a network communicating between the earth station. It has global coverage ability, not only to ensure a high transfer rate and high bandwidth, and support the flexible, large-scale structure of the network. Satellite communications network not only as a supplement and improvement of the terrestrial

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network, and can alone constitute a space-based satellite network, makes from land, sea, sky and even space information flow smoothly through the satellite network transmission.

The VAST Glossary: VSAT Communications is a satellite communications, VSAT Very Small Aperture Terminal abbreviation meaning is very small aperture satellite communications terminal, usually refers to the terminal antenna aperture in the 1.2 - 2.8 meters of satellite communication earth station. VSAT is a very small earth station satellite communication system. VSAT satellite communications technology since the 1980s raised its compact, lightweight, simple installation, flexible networking, and versatile, easy to use, inexpensive, and extremely rapid development. Because VSAT Bus station can be placed on the roof and on the moving vehicle, the communication is direct services to the user without having to divert reduced dependence on road conversion network. Generally not large, such a communication network occupies a portion of the satellite transponder to group network communication.

This article mainly by the principles of satellite communication network and ground station built to introduce the basic concepts and principles of the VSAT satellite communications network, as well as typical satellite communication network system.

Keywords:Satellite; satellite communications; VAST

1. 引言

自从1965年开始投入运行以来，卫星通信系统已有30余年历史，它在全球通信、广播和导航定位等其他应用领域，都得到了飞速的发展。近十余年来，随着光缆通信、地面移动通信、计算机网络等其他传输介质的发展和生产成本的下降，长途通信中卫星通信面临着激烈的竞争，国际长途通信

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和电视广播，已经不再是卫星通信一统天下。在性能价格比上，它必须要面对其他各种传输介质的挑战。只有围绕卫星的基本特征并扬长避短，卫星通信才能在市场竞争中长期处于比较主动的地位。（以上引用自《卫星通信系统与技术》）

VSAT卫星通信网络是一种新型的电信网络。它的诞生给卫星通信的发展注入了新的活力，开辟了新的广阔前景，在卫星通信领域里占有重要的地位。也使人们在认识概念上发生了新的变化。国际上普遍认为VSAT与PC机的出现是80年代信息技术变革的主要标志，VSAT将通信终端延伸到个人办公室或家庭，PC机将计算机终端延伸到个人办公室或家庭，VSAT与PC机的结合将促使人类的信息交流发生重大的变化，它能够建立直接面向用户、面向家庭，甚至面向个人的通信系统。VSAT系统的产生和发展奠定了卫星通信向多功能、智能化、设备小型化方向发展的基础。（以上引用自《VSAT卫星通信网》）

2. 卫星通信的基本原理

2.1卫星通信的定义

卫星通信，简单的说就是地球上（包括地面，水面和低层大气）的无线电通信站之间利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电波，以此来实现两个或多个地球站之间通信的一种通信方式。

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2.2卫星通信系统的基本组成

2.2.1 空间分系统

空间分系统即通信卫星，起无线电中继站作用，主体是通信装置，包括一个或多个转发器（微波收，发信机）和天线，保障部分是星体上的遥测指令，控制系统和能源装置等。

2.2.2 监控管理分系统

监控管理分系统主要负责对定点的卫星在业务开通前，后进行通信性能的监测和控制（如对转发器功率，卫星无线增益，各种地球站发射功率，带宽等参数进行监控）。

2.2.3 跟踪遥测指令分系统

跟踪遥测指令分系统负责对卫星进行跟踪测量，控制其准确进入静止轨道上的指定位置；定期对卫星进行轨道修正和位置保持。

2.2.3 地球站

地球站是微波无线电收，发信台（站），用户通过他们接入卫星线路。主要包括：天线，发射设备，功率放大器，接收设备，信道终端设备，跟踪/伺服设备以及电源设备。

2.3通信卫星的工作过程

卫星通信系统是由空间部分通信卫星和地面部分通信地面站两大部分构成的。在这一系统中，通信卫星实际上就是一个悬挂在空中的通信中继站。它居高临下，视野开阔，只要在它的覆盖照射区以内，不论距离远近都可以通信，通过它转发和反射电报、电视、广播和数据等无线信号。

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通信卫星工作的基本原理如图所示。从地面站1发出无线电信号，这个微弱的信号被卫星通信天线接收后，首先在通信转发器中进行放大，变频和功率放大，最后再由卫星的通信天线把放大后的无线电波重新发向地面站2，从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通信。举一个简单的例子：如成都市某用户要通过卫星与大洋彼岸的另一用户打电话，先要通过长途电话局，由它把用户电话线路与卫星通信系统中的北京地面站连通，地面站把电话信号发射到卫星，卫星接到这个信号后通过功率放大器，将信号放大再转发到大西洋彼岸的地面站，地面站把电话信号取出来，送到受话人所在的城途电话局转接用户。

通信卫星工作的基本原理图

2.4 卫星通信的工作频段

1．C频段（3.4-6.65GHz）

2．Ku频段（10.95-18GHz）

3．Ka频段（18-40GHz）

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4．L频段（1.12-2.6GHz）

5．其他频段（UHF，S，X，Q，V）

2.5卫星通信地球站

卫星通信地球站，satellite communications earth station，卫星通信系统中设置在地球上（包括大气层中）的通信终端站。用户通过卫星通信地球站接入卫星通信线，进行相互间的通信。主要业务为电话、电报、传真、电传、电视和数据传输。由于卫星距地球3万多千米 ，电波路径损失很大，地球站需要采用大口径天线、大功率发射机和高灵敏度低噪声的接收系统。卫星天线的作用是对微弱的卫星信号进行聚集，然后给高频头进行降频，滤波，放大，供给接收机解码。如果没有卫星天线，就没法接收卫星信号。

卫星通信地球站按使用方式分为固定站、搬运站和移动站(船载、载车、飞机载)；按通信性能分为标准站和非标准站。在标准站中又分为A、B、C、D 4种类型。A、B、D 3种站的天线口径分别为29～32米、11米和4.5～5米，用于6GHz(上行)和4GHZ(下行)通信频段的系统；C型站天线口径为16～20米，用于14GHZ(上行)和11GHZ（下行）通信频段的系统。典型的卫星通信地球站的基本组成包括：天线系统、高功率发射系统、低噪声接收系统、信道终端系统、电源系统、监控系统。为实现用户间通信，还需有地面接口系统、信息传输系统和信息交换中心。

衡量地球站性能的主要指标是天线的接收增益(G)同接收系统的噪声温度(T)之比值，称为地球站的接收品质因数。G/T值愈高,则地球站接收微弱信号的能力愈强，需占用卫星的功率愈小，但站的设备将愈庞大复杂。战略通信地球站都是大、中型固定站,其天线口径为10～30米。

2.5卫星通信的特点

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1.下行广播，覆盖范围广：对地面的情况如高山海洋等不敏感，适用于在业务量比较稀少的地区提供大范围的覆盖，在覆盖区内的任意点均可以进行通信，而且成本与距离无关；

2.工作频带宽：可用频段从150MHz～30GHz。目前已经开始开发 Q、V 波段（40～50GHZ）。ka波段甚至可以支持155Mbit/s的数据业务；

3.通信质量好：卫星通信中电磁波主要在大气层以外传播，电波传播非常稳定。虽然在大气层内的传播会受到天气的影响，但仍然是一种可靠性很高的通信系统；

网络建设速度快、成本低：除建地面站外，无需地面施工。运行维护费用低；

4.信号传输时延大：高轨道卫星的双向传输时延达到秒级，用于话音业务时会有非常明显的中断；

5.控制复杂：由于卫星通信系统中所有链路均是无线链路，而且卫星的位置还可能处于不断变化中，因此控制系统也较为复杂。控制方式有星间协商和地面集中控制两种。

3.VSAT卫星通信网

3.1 VSAT通信的概念

VSAT通信（Very Small Aperture Terminal）是卫星通信的一种，意思是甚小口径卫星通信终端，通常系指终端天线口径在1.2--2.8米左右的卫星通信地球站。VSAT卫星通信技术自80年代中提出以来，以其小巧轻便，安装简单，组网灵活，功能多样，使用方便，价格低廉等优点，发展极为迅速。因为VSAT通行站可以安放在楼顶及移动车辆上，通信直接服务到用户而不必经过转接，减少了对路上转换网的依赖。

3.2 VSAT网络的组成

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3.2.1 空间VSAT卫星通信系统

空间VSAT卫星通信系统的空间部分就是卫星，一般使用地球静止轨道通信卫星，卫星可以工作在不同的频段，如C、ku和Ka频段。卫星上转发器的发射功率应尽量大，以使VSAT地面终端的天线尺寸尽量小。

3.2.2 地面VSAT卫星通信系统

地面VSAT卫星通信系统的地面部分由中枢站、远端站和网络控制单元组成，其中中枢站的作用是汇集卫星来的数据然后向各个远端站分发数据，远端站是卫星通信网络的主体，VSAT卫星通信网就是由许多的远端站组成的，这些站越多每个站分摊的费用就越低。一般远端站直接安装于用户处，与用户的终端设备连接。

3.3 VSAT网络的技术-多址接续方式

VSAT网络主要传输数据、图像、计算机联网和数字话音的综合数字业务，其中包括实时交互型数字业务。它与话音传输有许多不同之处，是随机地、间断地占用信道。在某一信道的峰值传输速率与平均传输速率相差甚大，可容纳从低速到高速多种速率。主站具有对各种业务进行分组交换的能力，VSAT终端拥有与各种用户数字终端设备相匹配的接口协议规程。对于定时的交互型数字业务，还要考虑传输时延及其与信息通过量之间的关系。同时VSAT网络必须配置完地、智能化程度高的网络管理系统，执行全网的信道分配和控制、工作状态监视、故障诊断和业务量统计、自动计费等功能。

众所周知，微波接力通信、光纤通信的传输线路覆盖的是一个带状或链状的区域，范围有限。而卫星通信的覆盖范围很大，它可以是一个国家或地区，凡是能看到卫星的区域都可以建设地球站，通过卫星进行通信。多址接续是卫星通信的显著特点之一，它是指多个地球站共用一颗卫星，同时建立各自的信道，实现各地球站之间相互的通信。要实现多址通信有两个条件，一个是每个地球站所发射

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的信号能够被相应的地球站所接收；另一个是各地球站的所有载波信号通过卫星转发器时，相互之间的干扰要尽可能的小。

在一般卫星通信系统和VSAT网络中经常用到的多址接续，按信息工作方式主要有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、空分多址（SDMA）、随机多址方式和预约可控多址方式等。下面主要叙述频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）：

3.3.1 频分多址方式（FDMA）

频分多址方式采用频域的正交分割，把卫星转发器划分为互不重叠的频带，使各地球站的地址载波在不同的频带是发射，接收地球站采用频率选择性接收机进行解调。频分多址的主要优点是技术成熟、设备简单、性能可靠，不需要网同步。但多个载波同时通过卫星转发器，由于高频功率放大器的非线性作用必然产生互调干扰。在工作时，对高功放要进行补偿，降低功率使用，这就浪费了转发器的功率资源，频带资源也得不到充分使用，而且通过转发器的载波器数目越多，卫星的容量越低。FDMA方式主要用于传输话音业务，按照各个载波容量的大小，频分多址方式还可以进一步划分为以下几种：

1.频分复用/调频/频分多址（FDM/FM/FDMA）方式

频分复用/调频/频分多址方式就是对多话路信号进行频分复用，然后对某一载波进行调频后采用频分多址方式通过卫星进行接续。这种方式适用于业务量大、系统站数目少的国内大城市之间的干线通信或国际卫星通信。

2.单路单载波/频分多址（SCPC/FDMA）方式

单路单载波/频分多址方式是一种用途很广、灵活方便、深受人们欢迎的制式。它是在一个载波

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上只传输一个话路，或者相当于一个话路的数据业务。可以利用话音激活（载波激活）手段来提高对卫星功率的利用，增加系统容量。

3.时分复用/相位调制/频分多址（TDM/PSK/FDMA）接续方式

这种制式一般采用PCM话音编码方式，经过时分复用以后对载波进行相位调制，并按照载波频率的不同来区分站址，进行频分多址接续。

3.3.2 时分多址方式（TDMA）

TDMA方式是采用时间域的正交分割，把卫星转发器的帧周期划分为一些互不重叠的时隙，称为分帧。各地球站只能在指定的分帧内发送信息。接收地球站通过时间选通门，提取本站所需要接收的分帧信号。任何时刻只有一个地球站的信号通过转发器，这就允许各地球站使用相同的载波频率，不存在FDMA中的互调问题，卫星转发器的行波管放大器可以工作在接近饱和状态，充分利用了空间资源，这是TDMA的最大优点。

3.3.2 码分多址方式（CDMA）

CDMA方式给每个地球站分配一个特殊的编码信号叫做地址码，依靠这种地址码来区分不同站发出的信号，实现多个地球站使用同一载频相互通信的目的。

其信号设计采用波形的正交分割，依靠波形的相关函数的正交性来互相鉴别。由于用相互正交的波形调制了信号，扩展了频谱，占用频带较宽，所以人们有时也称它为扩频多址方式（SSMA）。发射信号具有预先确定的波形，接收端只有与它相匹配的接收机才能检测出来。对于其他接收机，这种信号表现为类似高斯过程的宽带干扰噪声。

CDMA方式由于采用扩展频谱技术，每一个站发射的频谱密度很低，抗干扰性能强，也易于保

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密。近几年在C波段的VSAT系统中使用比较普遍。利用它的抗干扰性，可以将VSAT小站建在大、中城市市区，而且设备简单，接续机动灵活，不需要信道分配控制，能够克服多径传播的影响，小站天线口径也可以小一些。但是，CDMA方式也有一定的缺点，占用卫星频带太宽，空间资源利用率不高，传输速率较低，系统容量较小等。

3.4 VSAT网络结构

3.4.1 星状VSAT网络（Star network）

1．点到多点（point-to-multipoint）的单向广播VSAT网络。

点到多点的单向广播VSAT网络结构

这是最简单的VSAT网络，这种系统不仅网络结构简单，只需要一个出站链路载波，主站和远端小站的硬件设备也大大简化，系统成本最低。当前应用于国家信息中心向全国各地发布经济、新闻、气象、水文等信息资料。

2．点到多点（point-to-multipoint）双向通信VSAT网络。

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点到多点双向通信VSAT网络结构

此方式以主站为中心，与各个远端VSAT小站构成星状通信网。主站既可以向全网广播公共信息业务，也可以分别与各个VSAT小站以“单跳”（Single-hop）方式建立各自的双向通信业务联系。并且主站可作为中枢站以“两跳”（Double-hop）方式沟通任意两个VSAT小站之间的通信线路。（注：单跳主要针对无限网络存在多个节点情况通信，如果你说的A和C直接通信那就是单跳，而不管中间是否存在B点的问题。多跳即A的信息由于距离等因素需要通过中间点B中继到C点，这种情况称为多跳。）

星状网是以传输数据业务为主的系统，它以数据包的分组交换为基础。通常，主站对远端小站的通信是将数据进行打包、复接后，以一个时分多路（TDM）载波发送出去。而各个VSAT终端，根据自己的地址码或特设的报头，从接收的TDM载波中识别出传输给本站的数据包，经过解调器，还原出数据流后送给相应的终端设备。而各个VSAT小站对主站的通信是将各小站的数据按照一定的用户协议，组成一个时分多址（TDMA）或码分多址（CDMA）载波发送给主站，或以载波激活的单路单载波（SCPC）方式向主站回传数据。这种网络结构适用于全网只有一个信息中心，各远端站主要是与信息中心通信且业务量不大的用户。这种系统能够支持话音、传真、图像等业务。但话务量不能过大，否则网络效率降低。特别应注意的是任意两个VSAT小站之间以“两跳”方式进行通信时，由于卫星链路时延增大，话音传输效果会明显地感到不自然，对实时的数据传输业务也会带来一些不便。

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星状网络比较简单，成本低，硬件设备也不复杂，是目前应用最广泛的VSAT网络。

3.4.2 网状VSAT网络（Full mesh network）

网状VSAT网络结构图

这种网络不需要主站，各小站之间可以任意建立通信链路。这种网状网是以信道为基础、以话音通信为主的系统，一般采用按需分配方式来提高信道的利用率，仅在通话时才占用信道，一旦通话结束，就将所占信道交给网络重新进行支配。按需分配根据用户的要求，可及时建立或拆除任何两个VSAT小站之间的通信链路。网状网的信道多址方式可以采用频分多址即单路单载波（SCPC）方式。也可以采用时分多址方式。这种系统适合于话务量较大，各远端站之间通信业务较多的情况。在这种网络的机构中，任何两站之间的通信不会出现“两跳”问题，卫星传输链路的附加时延不会过大。

3.4.3 混合型VSAT网络（Hybrid architecture）

混合型网络结构是星状网与网状网的混合体。这样的VSAT网络比较大，传输业务范围也比较广。如果一部分用户以数据业务为主，另一部分用户以话音业务为主，这时应用混合型网络比较合适。它可以充分满足不同用户的要求，又能有效地提高整个通信网的效率。

对于这种网络将采用混合的控制方式，即系统的信道分配，设备性能的监控、计费等由主站来完

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成（集中控制），而各VSAT站之间的话音业务是直接进行通信，采用分散控制方式。这种混合控制方式对卫星通信的利用率较高，可与分散控制方式的利用率媲美。但系统呼叫和建立通信线路的时间较长，与集中控制方式一样。系统的可靠性介于集中控制和分散控制之间。

3.4.4 利用VSAT系统组建卫星广域网（SWAN）

随着社会经济和信息交流的发展，公用和专用数据库及计算机数字终端设备日益增加，在地面电信网里人们常常将广域网（WAN）和城域网（MAN）联接起来。由于在LAN网里，用户终端的信息长度，工作情况和数据速率往往相差悬殊，各LAN网之间的业务量动态变化范围较大。现有的地面WAN网存在着一定的缺陷，如网络不够灵活，业务适应性不强，传输速度受限，协议多，通信费用高，覆盖范围小，网络扩充难等。可是，人们想到了如果利用VSAT系统来将LAN和MAN联接起来，组成卫星广域网（SWAN），就可以克服以上的局限性。

SWAN的网络结构图

SWAN不仅可以形成一个干线广域网，其网络结构也较为灵活，用户可以随意选择网络拓扑，如点对点、星形、全网状拓扑等。VSAT系统还可以动态地调整带宽、时隙长度或发射功率，以适应

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LAN之间信息量的随机变化。

卫星广域网的三种拓扑结构主要应用如下：

（1）点对点的拓扑结构

LAN与LAN之间的互联；

把LAN接入MAN；

把LAN接入远端主机。

（2）星状拓扑结构

LAN接至信息数据库中心（IDC）；

LAN接至超级计算机中心（SCC）；

LAN接至MAN。

（3）网状拓扑结构

LAN接至LAN；

LAN接至MAN。

如果需要更复杂的互联网拓扑时，可采用SWAN与VSAT网络迭加的方法。在不同的LAN之间

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互联时，给VSAT终端要增设一个局域网卫星关口设备（LSC）。

3.4.5 VSAT系统与地面蜂窝移动通信相结合的组合通信网络

该组合网络将VSAT终端与地面蜂窝状通信系统的基站建在一起，应用卫星链路将各个移动电话局（MTSO）连接起来，实现移动用户的远距离通信。

国外有人对这种应用称作为“卫星主干”，提供远距离互联。其业务范围包括单向或双向话音或数据传输，一般以56kbit/s、32kbit/s或16kbit/s为基本速率。

该组网通信网络在技术上比较成熟，实施起来也比较容易，其关键问题是如何处理好地面蜂窝移动通信系统与VSAT系统之间的信令变换、规划协议的互联、和基站与VSAT终端的接口等。从经济角度看，由于VSAT提供高质量、低成本的长途传输线路服务，其费用比一般长途线路明显降低。

3.5 VSAT 通信网的通信规程协议

VSAT卫星通信网最初是作为透明信道使用的，它只提供固定的连接，传输单一的业务。这时针对不同的卫星信道，设备必须配置不同的通信软件。由于卫星通信必须支持网络管理和多址接入的控制，卫星通信业务的综合化必须传输多种业务，例如电信、计算机数据、以及数据音频视频广播，在VSAT卫星通信网必须支持通信规程协议。

卫星通信规程要考虑传输的业务以及相应的规程协议：例如音频视频广播的数据结构和规程协议、计算机互联网通信的TCP/IP协议、以及电信通信的信令。随着宽带VSAT通信的发展，通信规程要支持交互通信，特别是宽带交互通信业务。卫星通信规程要考虑网络管理的规程协议。例如常用的SNMP（Simple Network Management Protocol），而SNMP是建立在UDP/IP提供服务的基础上。卫星通信规程要考虑用户站接入时介质访问控制以及卫星链路差错控制对通信规程的影响。

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3.6 VSAT通信网的网络管理

VSAT卫星通信网是包括卫星转发器、卫星通信主站、众多用户站的系统，它们分散在广阔的地域不间断、全天候地工作着。为了保证系统正常工作，必须对网内各地球站的工作状态及业务运行状态进行监视、控制和管理。需要一个网络管理系统来支持它。网络监控管理系统是决定VSAT网，特别是一个大型VSAT网运行好坏的决定因素。这个网络管理系统有一个设置在主站，集中的网络管理计算机和相应的数据库；在各个地球站和网络设备上，有一个网络管理计算机的代理设备，即网络管理代理。网络管理设备和网络管理代理之间，需要通过卫星通信网的通信信道进行数据通信。网络管理的通信应该和业务通信并行的使用卫星通信网络，它们的区别只是数据结构不同。网络管理的通信业务和数据通信业务共享卫星通信网，但只能占用通信链路业务的一个小部分，管理着整个卫星通信网。

3.7 VSAT通信网的技术特点

1．VSAT是以传输低速率的数据而发展起来的，现在能够承担高速数据业务。当前其出站链路速率最大为512kbit/s，入站链路速率最大为128kbit/s。在VSAT系统中，出站链路的数据流可以是连续的，入站链路的信息必须是猝发性工作，业务占空比很小。

2．由于VSAT系统的特点和业务性质所决定，整个系统拥有的远端小站数目越多，网络的利用率越高。这样每个小站承担的费用也就越小。

3．因为在VSAT系统中，全网的投资主要由每个小站的成本所决定，所以在系统网络设计时，其主导思想是使中枢站具有尽可能完善的技术功能，并设置网络管理中心执行全网的信道分配、业务量统计、对小站工作状态监测和控制、告警指示、自动计费等。

4．中枢站到小站的出站链路采用广播式的点到多点传输，向全网发布信息。

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5．小站到中枢站的入站链路的业务小，且都是猝发性的，因此在系统设计时对入站链路优先考虑VSAT小站高频功率放大器的利用率，其多址接续规程大多采用TDMA方式，以尽可能地缩小天线口径，降低功率放大器的输出功率。

6．VSAT网络以传输数据业务为主，特别是对实时业务传输，信道的响应时间是至关重要的，它对信号质量和网络利用率影响甚大。

3.8 VSAT网络技术的应用

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。概括起来，VSAT技术可以应用于以下几个方面:

1.普及卫星电视广播和卫星电视教育，传送广播电视、商业电视信号，尤其对于我国的边远地区，利用这种方式可以在物质文明建设和精神文明建设方面起到很大的作用。

2.用于财政和金融系统、证券系统，对市场的情况进行动态跟踪管理，大大地缩短资金周转周期。深圳的证券交易系统就是利用VSAT系统与四面八方的客户进行双向通信的。

3.用于水利建设的管理，监测水文变化，防止和减少自然灾害的损失。VSAT系统可以及时传输气象卫星、海洋卫星、资源卫星和地面检测站获取的信息。

4.用于交通运输的管理。国外发达的国家已经将VSAT用在铁路的运营调度，大大缓解了在交通运输的紧张状态。用VSAT可以方便地开展任何两地的通话、电传和电报业务，节省了经费和时间。

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5.军事上应用。在1991年的海湾战争中，多国利用VSAT进行了大量的移动通信，甚至将其装备到每个士兵。

6.应急通信和边远地区通信的应用。对于自然灾害或突发性事件VSAT都是最便利的应急通信备份体系，例如：5.12的汶川地震。

4. 宽带化VSAT卫星通信

VSAT卫星通信系统从单一窄带业务的卫星电信网，向一个融合电信、广播、计算机的宽带卫星网络发展。它将是未来电信系统的重要组成部分，依赖地面超大容量光纤网，以及空间宽带卫星网，使用户设备方便地直接接入全国或全球宽带网络。

4.1 VSAT 宽带化的简介

卫星网络的宽带化趋势体现在超大容量的卫星，星座系统的发展。超大容量的卫星和星座系统不断扩展新的宽带工作频段，在使用传统的卫星通信L、C和Ku波段的基础上，积极推广能有更宽带宽的Ka频段。大容量卫星和星座系统还发展了一系列新技术：轨道调正的山粒子发动机技术，高效太阳能电池和蓄电池技术，星上转发器数量的增加，超大口径的卫星天线，多波束天线，卫星转发器的大发射功率，卫星转发器频带资源的按需带宽分配技术，星上再生和交换处理技术，卫星之间的通信链路，适应卫星宽带业务发展的需要。卫星的功能愈来愈增强、容量愈来愈大。超大容量卫星支持多种宽带卫星直播业务，便携式手持式卫星终端。大容量卫星和星座系统进一步支持宽带互联网和移动卫星通信，如Teledesic：使用288低轨卫星，2Mbps上行链路和Mbps下载链路（美国微软）；Spaceway：使用16高轨卫星20中轨卫星，6Mbps上行链路和16Mbps下载链路（美国休斯）；Celestri：使用9高轨卫星和63低轨卫星（Motorola公司）；Skybridge：，使用80低轨卫星（劳拉公司）。

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目前，VSAT地球站是经过一个主站接入宽带网络，实现相应的电信、广播、计算机互联网业务的。卫星地球主站通过卫星网关、编码器，条件接收发送设备，DVB/IP复接器，调制器，变频器发送设备，接收设备，变频器，解调器等设备与卫星链路相接。卫星地球主站通过地面网关与地面宽带网络相连。卫星地球主站的网络管理、业务服务器等设备连成一个局域网。随着大容量卫星和卫星星座系统的发展，VSAT卫星通信网主站的功能将由大容量卫星或星座系统的星上系统的处理功能来实现。

VSAT设备智能化，但又简单可靠。它成本低，地面接口灵活，有GPS全球定位功能，可变数据速率和传输带宽，可以不同的拓扑方式和多址方式接入卫星通信网。它可以呈星状网结构进行数据音频视频广播接收、文件软件下载、互连网浏览、远程登录和文件传输，网络管理等业务；也可以呈网状网进行话音数据传输，举行各种会议。VSAT技术的进步表现在：新的工作频段，集成电路技术的进展，通信规程的标准化和全球化，设备的互操作性的改善。

4.2 VSAT通信的宽带广播和宽带多址接入

VSAT卫星通信发展的一个方向，是在网内建立多个虚拟子网，或者说是将多个小型的网络合并成为一个大型的综合使用卫星转发器、系统设备以及网络管理系统的VSAT卫星通信网。各个虚拟子网可以属于不同的业务或行政管理部门，它们共享统一的VSAT卫星通信网。

VSAT站的卫星链路有主站到VSAT站的出主站链路，有VSAT站到主站的入主站链路。随着业务从窄带向宽带发展，出主站链路数据速率不断提高，从数Mbps到数十Mbps；入主站链路的数据速率也不断提高，从数kbps发展到数百kbps，甚至数Mbps。

出主站链路多采用单载波TDM的方式，有基于广播信号的DVB数据格式，有基于互连网的IP数据格式。VSAT卫星通信的宽带广播，可以广播数据音频视频、可以实现文件数据的下载。入主站链路有多种卫星多址接入方式：FDMA，CDMA，TDMA，MF/CDMA。也有利用地面Internet链

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路代替入主站链路的，称为外交互方式，而把采用入主站链路称为内交互方式。传统的卫星通信多址接入方式是，时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）、码分多址（CDMA）。它们是把卫星转发器的资源，按时间分成时隙、按频率分成频道或者按正交的编码波形分成码道，由各个地球站按照固定分配方式、随机竞争方式或者动态分配的方式来使用。所谓动态竞争方式，转发器资源由主站来管理，用户站接入时，先使用固定分配方式或随机竞争方式来申请，主站进行分配给用户地球站使用，使用完了归还给主站。

随着大容量VSAT卫星通网络以及宽带接入业务的发展，主站接入设备的容量日益增大，用户地球站也需要使用高速的宽带接入，需要主站接入信道的可变速率范围扩大。时分多址方式要求用户站的接入时隙宽度变化范围增大，频分多址方式要求用户站发送信号带宽可变或使用并行的多载波传输，码分多址方式要求用户站发送信号的扩展频谱增益可变或者使用多码道并行传输。组合的多址接入方式，可以方便地实现宽带多址接入；例如多载波（多频率）时分多址，多载波码分多址等。目前技术成熟的是多频率时分多址。

多频率时分多址设置由多个频段（多个载波），每个频率又划分成时间帧和时隙。各个用户地球站可以使用特定的频率和特定的时隙进行接入申请，根据申请的业务，得到相应的频率和时隙。对于宽带业务申请，用户可以再在一个频率上，用一个时隙或多个时隙进行接入业务传输；也可以在几个频率上，用多个时隙进行接入业务传输。根据系统接入的特点，系统在接入信道上设置了不同的时隙，用户接入申请的时隙，用户业务传输的业务时隙，校正用户地球站发送时间和频率的粗同步时隙，以及校正发送时间和频率的精同步时隙。

宽带VSAT卫星通信系统的前向链路和反向链路往往是不对称的，前向链路和反向链路的转发器资源的配置要和业务的特性相匹配。宽带VSAT卫星通信系统需要设计和配置接入信道的资源、多载波数目以及相应的帧结构，以适应给定接入突发特性、接入业务量条件下的接入时延和接入成功率的要求。宽带VSAT卫星通信系统往往有多种业务同时工作，系统的配置和设计只能适应总体的要求，为适应各种业务的具体要求，还应该对不同业务设置各自的优先级，调整整个系统对不同业务的适应

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性。

5. 结束语

VSAT网络的出现是卫星通信发展史上的一个重要的里程碑，它使卫星通信向智能化、设备小型化、通信终端面对用户及向个人通信发展迈出了可喜的一步，是卫星通信领域的一大突破。当然无论从技术性能、满足用户通信业务的需要和适应于电信网络发展方面，VSAT系统还必须经过进一步的改造、发展和完善。

近年来,我国VSAT通信有了一定的发展。目前,国内共有VSAT网络80余个,小站约7000个,平均每个网络约80个小站(含单向站)。在这些网络中除个别已形成规模的运营服务公司和行业性的专用网外,大多数商业公司都是亏本经营,相当数量的专用网利用率极低。造成这种情况的主要原因是,1993年来,随着卫星通信热潮的兴起和VSAT业务的放开经营,国内一些投资商在没有对VSAT通信作出很好了解的情况下,立项组建了一些大而全的系统,造成转发器资源和主站建设的浪费。业内权威人士预测,一方面。随着中国VSAT、市场发展的日趋成熟。盲目上马自行建设主站的用户将越来越少,更加理性的用户将在价格、服务、信誉等多方面苛刻地挑选VSAT。

VSAT卫星通信网向宽带业务发展已经是一个必然的趋势，它有着数据音频视频广播、计算机的卫星宽带交互接入、音频视频会议等业务的推动；而分别针对这些业务的VSAT卫星通信网也日益趋于融合形成一个统一的宽带VSAT通信网。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。 参考文献

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