VSAT:衛星通信系統-中文百科頻道

名稱簡介

VSAT(Very Small Aperture Terminal )于20世紀80年代最先在美國興起，發展速度很快，是30多年來衛星通信技術的轉折性展。VSAT系統有兩種類型，一種是雙向VSAT系統，它由中心站控制許多VSAT終端來提供數據傳輸、語音和傳真等業務；另一種是單向VSAT系統，在這種系統中，圖像和數據等信号從中心站傳輸到許多單收VSAT終端。

VSAT系統由室外單元和室内單元組成。室外單元即射頻設備，包括小口徑天線、上下變頻器和各種放大器；室内單元即中頻及基帶設備，包括調制解調器、編譯碼器等，其具體組成因業務類型不同而略有不同。

VSAT網根據業務性質可分為數據通信網、語音通信網和電視衛星通信網三大類。國内VSAT通信業務向社會開放經營。

系統組成

VSAT衛星通信系統由空間和地面兩部分組成。

地面部分

地面VSAT衛星通信系統的地面部分由中樞站、遠端站和網絡控制單元組成，其中中樞站的作用是彙集衛星來的數據然後向各個遠端站分發數據，遠端站是衛星通信網絡的主體，VSAT衛星通信網就是由許多的遠端站組成的，這些站越多每個站分攤的費用就越低。一般遠端站直接安裝于用戶處，與用戶的終端設備連接。

分類介紹

業務類型

按照VSAT支持的主要業務類型不同，可分為：

1、話音業務為主的VSAT系統，這種網主要是供公用網和專用網話音信号的傳輸和交換，同時也能提供交互型的數據業務；

2、數據業務為主的VSAT系統，這種網除數據通信外，還能提供傳真及少量的話音業務；

3、綜合業務為主的VSAT系統，如接收的圖像和伴音信号可作為有線電視的信号源通過電纜分配網傳送到用戶家中。

網絡結構

從VSAT采網用的網絡結構來看，可分為三類：星型結構的網型結構的VSAT系統、星型和網狀混合結構的VSAT系統。

通信特點

VSAT廣泛應用于新聞、氣象、民航、人防、銀行、石油、地震和軍事等部門以及邊遠地區通信。 VSAT之所以獲得如此迅猛的發展，除了它具有一般衛星通信的優點外，還有以下兩個主要特點：

一、是地球站通信設備結構緊湊牢固，全固态化，尺寸小、功耗低，安裝方便。VSAT通常隻有戶外單元和戶内單元兩個機箱占地面積小，對安裝環境要求低，可以直接安裝在用戶處（如安裝在樓頂，甚至居家陽台上）。由于設備輕巧、機動性好，尤其便于建立移動衛星通信。

按照國際慣例，衛星通信系統分為空間段（無線電波傳輸通信及通信衛星）和地面段兩部分。地面段又包括地面收發系統及地面延伸電路。由于VSAT能夠安裝在用戶終端地，不必彙接中轉，可直接與通信終端相連，并由用戶自選控制，不再需要地面延伸電路。這樣，大大方便了用戶，并且價格便宜，因而具有明顯的經濟效益。

二、是組網方式靈活、多樣。在VSAT系統中，網絡結構形式通常分為星形式、網網狀式和混合式三類，它們各具特點：星形式網絡由一個主站（處于中心城市的樞紐站）和若幹個VSAT小站（遠端站）組成。主站具有較大口徑（一般為11－18米）的天線和較大的發射功率，網絡微機控制系統一般也集中于主站，這樣可以使小站設備盡量簡化，并降低造價。主站除負責一般的網絡管理外，還要承擔各VSAT小站之間信息的接收和發送，即具有控制功能。

經濟效益

一個VSAT網絡系統可以容納數百至1千個以上的小站。網絡内所有小站都與主站建立直達鍊路，可直接通過衛星（小站－衛星－小站）溝通聯絡。小站與小站之間不能直接進行通信，必須經過主站轉接。通信鍊路按“小站－衛星－主站－衛星－小站”方式構成，即要兩次通過衛星，經過“雙跳”聯通，在而具有較大（約0.54秒）的傳輸遲延。雙跳傳輸适用于數據業務或錄音電話，而用戶間進行直接通話需要有一個适應過程。星形式網絡特别适合于各小站與中心站傳高速數據使用。

在網狀式網絡中，中心站借助于網絡管理系統，負責向各VSAT小站分配信道和監控它們的工作狀态，但各VSAT小站之間的通信自行完成，不需要經過中心站（主站）接轉。通信鍊路按“小站－衛星－小站”的單跳通信方式實現。

混合式網絡融星形式網絡和網狀式網絡于一體，網中各VSAT小站之間可以不通過主站轉接，而直接進行雙向通信。

VSAT系統綜合了諸如分組信息傳輸與交換、多址協議以及頻譜擴展等多種先進技術，可以進行數據、語音、視頻圖像、圖文傳真和諸機信息等多種信息的傳輸。通常情況下，星形網以數據通信為主兼容話音業務，網狀網和混合網以話音通信為主兼容數據傳輸業務。

如同一般衛星通信一樣，VSAT的一個基本優點是可利用共同的衛星實現多個地球站之間的同時通信，這稱做“多址聯接”。實現多址聯接的關鍵，是各地球站所發信号經過衛星轉發器混合與轉發後，能為相應的對方所識别，同時各站信号之間的幹擾要盡量地小。實現多址聯接的技術基礎是信号分割。隻要各信号之間在某一參量上有差别（如信号頻率不同、信号出現的時間不同，或所處的空間不同等），就可以将它們分割開來。為達到此目的，需要采用一定的多址聯接方式。

衛星通信

VSAT衛星通信系統從單一窄帶業務的衛星電信網，向一個融合電信、廣播、計算機的寬帶衛星網絡發展。它将是未來電信系統的重要組成部分，依賴地面超大容量光纖網，以及空間寬帶衛星網，使用戶設備方便地直接接入全國或全球寬帶網絡。

VSAT用戶利用架設在辦公室或住宅的VSAT設備，方便地接入衛星通信網。用戶按照業務的需要來自适應地使用衛星網絡的資源，并構造它與衛星網絡的拓撲結構（一跳或兩跳）。用戶設備是一個小口徑的天線（0.6米以下），一個筆記本式附在天線上的室外單元，一個筆記本式的室内單元。用戶的辦公和生活設施可以像接在地面設備一樣地接在VSAT設備上。

VSAT衛星通信系統提供的業務包括電信業務，計算機互聯網業務，以及數據、音頻、視頻等廣播業務。VSAT 衛量通信在提供傳統的話音、數據等交互業務的同時，随着網絡的寬帶化，寬帶化的VSAT設備發展了遠程教育，遠程醫療，電視會議等功能。随着廣播業務的發展，利用衛星通信的廣域覆蓋特性和寬帶衛星廣播技術，實現新聞和數據分發和廣播，數據音頻視頻廣播到戶，衛星尋呼，Web廣播，視頻點播（VOD），IP數據音頻和視頻廣播。寬帶衛星數據傳輸作為計算機互連網的一部分，提供了方便的文件軟件下載和Internet接入，企業的Internet互連，ISP骨幹業務，電子郵件，電子商務，金融證券。

6.1、VSAT寬帶化的簡介

衛星網絡的寬帶化趨勢體現在超大容量的衛星，星座系統的發展。超大容量的衛星和星座系統不斷擴展新的寬帶工作頻段，在使用傳統的衛星通信L、C和Ku波段的基礎上，積極推廣能有更寬帶寬的Ka頻段。大容量衛星和星座系統還發展了一系列新技術：軌道調正的山粒子發動機技術，高效太陽能電池和蓄電池技術，星上轉發器數量的增加，超大口徑的衛星天線，多波束天線，衛星轉發器的大發射功率，衛星轉發器頻帶資源的按需帶寬分配技術，星上再生和交換處理技術，衛星之間的通信鍊路，适應衛星寬帶業務發展的需要。衛星的功能愈來愈增強、容量愈來愈大。超大容量衛星支持多種寬帶衛星直播業務，便攜式手持式衛星終端。大容量衛星和星座系統進一步支持寬帶互聯網和移動衛星通信，如Teledesic：使用288低軌衛星，2Mbps上行鍊路64Mbps下載鍊路（美國微軟）；Spaceway：使用16高軌衛星20中軌衛星，6Mbps上行鍊路和16Mbps下載鍊路（美國休斯）Celestri：使用9高軌衛星和63低軌衛星（Motorola公司）；Skybridge：，使用80低軌衛星（勞拉公司）。

VSAT地球站是經過一個主站接入寬帶網絡，實現相應的電信、廣播、計算機互聯網業務的。衛星地球主站通過衛星網關、編碼器，條件接收發送設備，DVB/IP複接器，調制器，變頻器發送設備，接收設備，變頻器，解調器等設備與衛星鍊路相接。衛星地球主站通過地面網關與地面寬帶網絡相連。衛星地球主站的網絡管理、業務服務器等設備連成一個局域網。随着大容量衛星和衛星星座系統的發展，VSAT衛星通信網主站的功能将由大容量衛星或星座系統的星上系統的處理功能來實現。

VSAT設備智能化，但又簡單可靠。它成本低，地面接口靈活，有GPS全球定位功能，可變數據速率和傳輸帶寬，可以不同的拓撲方式和多址方式接入衛星通信網。它可以呈星狀網結構進行數據音頻視頻廣播接收、文件軟件下載、互連網浏覽、遠程登錄和文件傳輸，網絡管理等業務；也可以呈網狀網進行話音數據傳輸，舉行各種會議。VSAT技術的進步表現在：新的工作頻段，集成電路技術的進展，通信規程的标準化和全球化，設備的互操作性的改善。

6.2、VSAT通信的寬帶廣播和寬帶多址接入

VSAT站的衛星鍊路有主站到VSAT站的出主站鍊路，有VSAT站到主站的入主站鍊路。随着業務從窄帶向寬帶發展，出主站鍊路數據速率不斷提高，從幾Mbps到幾十Mbps；入主站鍊路的數據速率也不斷提高，從幾kbps發展到幾百kbps，幾Mbps。

出主站鍊路多采用單載波TDM的方式，有基于廣播信号的DVB數據格式，有基于互連網的IP數據格式。VSAT衛星通信的寬帶廣播，可以廣播數據音頻視頻、可以實現文件數據的下載。入主站鍊路有多種衛星多址接入方式：FDMA，CDMA，TDMA，MF/CDMA。也有利用地面Internet鍊路代替入主站鍊路的，稱為外交互方式，而把采用入主站鍊路稱為内交互方式。傳統的衛星通信多址接入方式是，時分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）、碼分多址（CDMA）。它們是把衛星轉發器的資源，按時間分成時隙、按頻率分成頻道或者按正交的編碼波形分成碼道，由各個地球站按照固定分配方式、随機競争方式或者動态分配的方式來使用。所謂動态競争方式，轉發器資源由主站來管理，用戶站接入時，先使用固定分配方式或随機競争方式來申請，主站進行分配給用戶地球站使用，使用完了歸還給主站。

随着大容量VSAT衛星通網絡以及寬帶接入業務的發展，主站接入設備的容量日益增大，用戶地球站也需要使用高速的寬帶接入，需要主站接入信道的可變速率範圍擴大。時分多址方式要求用戶站的接入時隙寬度變化範圍增大，頻分多址方式要求用戶站發送信号帶寬可變或使用并行的多載波傳輸，碼分多址方式要求用戶站發送信号的擴展頻譜增益可變或者使用多碼道并行傳輸。組合的多址接入方式，可以方便地實現寬帶多址接入；例如多載波（多頻率）時分多址，多載波碼分多址等。技術成熟的是多頻率時分多址。

多頻率時分多址設置由多個頻段（多個載波），每個頻率又劃分成時間幀和時隙。各個用戶地球站可以使用特定的頻率和特定的時隙進行接入申請，根據申請的業務，得到相應的頻率和時隙。對于寬帶業務申請，用戶可以再在一個頻率上，用一個時隙或多個時隙進行接入業務傳輸；也可以在幾個頻率上，用多個時隙進行接入業務傳輸。根據系統接入的特點，系統在接入信道上設置了不同的時隙，用戶接入申請的時隙，用戶業務傳輸的業務時隙，校正用戶地球站發送時間和頻率的粗同步時隙，以及校正發送時間和頻率的精同步時隙。

寬帶VSAT衛星通信系統的前向鍊路和反向鍊路往往是不對稱的，前向鍊路和反向鍊路的轉發器資源的配置要和業務的特性相匹配。寬帶VSAT衛星通信系統需要設計和配置接入信道的資源、多載波數目以及相應的幀結構，以适應給定接入突發特性、接入業務量條件下的接入時延和接入成功率的要求。寬帶VSAT衛星通信系統往往有多種業務同時工作，系統的配置和設計隻能适應總體的要求，為适應各種業務的具體要求，還應該對不同業務設置各自的優先級，調整整個系統對不同業務的适應性。

6.3、VSAT 通信網的通信規程協議

VSAT衛星通信網最初是作為透明信道使用的，它隻提供固定的連接，傳輸單一的業務。這時針對不同的衛星信道，設備必須配置不同的通信軟件。由于衛星通信必須支持網絡管理和多址接入的控制，衛星通信業務的綜合化必須傳輸多種業務，例如電信、計算機數據、以及數據音頻視頻廣播，在VSAT衛星通信網必須支持通信規程協議。

衛星通信規程要考慮傳輸的業務以及相應的規程協議：例如音頻視頻廣播的數據結構和規程協議、計算機互聯網通信的TCP/IP協議、以及電信通信的信令。随着寬帶VSAT通信的發展，通信規程要支持交互通信，特别是寬帶交互通信業務。衛星通信規程要考慮網絡管理的規程協議。例如常用的SNMP（Simple Network Management Protocol），而SNMP是建立在UDP/IP提供服務的基礎上。衛星通信規程要考慮用戶站接入時介質訪問控制以及衛星鍊路差錯控制對通信規程的影響。

6.4、VSAT通信網的網絡管理

VSAT衛星通信網是包括衛星轉發器、衛星通信主站、衆多用戶站的系統，它們分散在廣闊的地域不間斷、全天候地工作着。為了保證系統正常工作，必須對網内各地球站的工作狀态及業務運行狀态進行監視、控制和管理。需要一個網絡管理系統來支持它。網絡監控管理系統是決定VSAT網，特别是一個大型VSAT網運行好壞的決定因素。這個網絡管理系統有一個設置在主站，集中的網絡管理計算機和相應的數據庫；在各個地球站和網絡設備上，有一個網絡管理計算機的代理設備，即網絡管理代理。網絡管理設備和網絡管理代理之間，需要通過衛星通信網的通信信道進行數據通信。網絡管理的通信應該和業務通信并行的使用衛星通信網絡，它們的區别隻是數據結構不同。網絡管理的通信業務和數據通信業務共享衛星通信網，但隻能占用通信鍊路業務的一個小部分，管理着整個衛星通信網。

6.5、寬帶VSAT通信網的虛拟子網

寬帶VSAT通信網占用資源大，提供大容量的業務服務。寬帶VSAT通信網往往不是一個單一的網絡，而是多個網絡的集合。寬帶VSAT通信網，總是包括了多個業務子網。而這些子網又希望有獨立的網絡管理。

VSAT衛星通信發展的一個方向，是在網内建立多個虛拟子網，或者說是将多個小型的網絡合并成為一個大型的綜合使用衛星轉發器、系統設備以及網絡管理系統的VSAT衛星通信網。各個虛拟子網可以屬于不同的業務或行政管理部門，它們共享統一的VSAT衛星通信網。

衛星技術

VSAT站能很方便地組成不同規模、不同速率、不同用途的靈活而經濟的網絡系統。一個VSAT網一般能容納200~500個站，有廣播式、點對點式、雙向交互式、收集式等應用形式。它既可以應用于發達國家，也适用于技術不發達和經濟落後的國家，尤其适用于那些地形複雜、不便架線和人煙稀少的邊遠地區。因為它可以直接裝備到個人，所以軍事上也有重要的意義。概括起來，VSAT技術可以應用于以下幾個方面。

(1)普及衛星電視廣播和衛星電視教育，傳送廣播電視、商業電視信号，尤其對于我國的邊遠地區，利用這種方式可以在物質文明建設和精神文明建設方面起到很大的作用。

(2)用于财政和金融系統、證券系統，對市場的情況進行動态跟蹤管理，大大地縮短資金周轉周期。深圳的證券交易系統就是利用VSAT系統與四面八方的客戶進行雙向通信的。

(3)用于水利建設的管理，監測水文變化，防止和減少自然災害的損失。VSAT系統可以及時傳輸氣象衛星、海洋衛星、資源衛星和地面檢測站獲取的信息。

(4)用于交通運輸的管理。國外發達的國家已經将VSAT用在鐵路的運營調度，大大緩解了在交通運輸的緊張狀态。用VSAT可以方便地開展任何兩地的通話、電傳和電報業務，節省了經費和時間。

(5)軍事上應用。在1991年的海灣戰争中，多國部隊利用VSAT進行了大量的移動通信，甚至将其裝備到每個士兵。

(6)應急通信和邊遠地區通信的應用。對于自然災害或突發性事件VSAT都是最便利的應急通信備份體系，例如：5.12的汶川地震。

結論

VSAT衛星通信網向寬帶業務發展已經是一個必然的趨勢，它有着數據音頻視頻廣播、計算機的衛星寬帶交互接入、音頻視頻會議等業務的推動；而分别針對這些業務的VSAT衛星通信網也日益趨于融合形成一個統一的寬帶VSAT通信網。發展寬帶VSAT通信網的關鍵技術是寬帶數據廣播、寬帶多址接入、衛星通信規程、網絡綜合管理、寬帶虛拟子網。