VSAT的原理与应用.docx

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1、VSAT原理以及在各方面的应用0915222020 余畅09通信B班摘要：VSAT是指直接设在使用地点并可直接联接用户设备的小型卫星通信 地球站，本文介绍了关于VSAT系统的组成，VSAT网的分类，VSAT通信网络 的特点以及具体参数。并结合自身认识与详细考察，总结了 VSAT卫星通信 网络在交通安全，CDMA通信，远程教育等多面的应用，并展望了 VSAT未来 的发展。关键词：VSAT,通信网络，CDMA,卫星链路；地面链路；应急通信远程教育；网 络系统1.VSAT技术介绍1.1系统概述VSAT系统由室外单元和室内单元组成。室外单元即射频设备，包括 小口径天线、上下变频器和各种放大器；室内单元

2、即中频及基带设备，包括 调制解调器、编译码器等，其具体组成因业务类型不同而略有不同。目 前，国内VSAT通信业务向社会开放经营；VSAT直译为“甚小口径终端” 指天线直径小于2.4m，G/T值低于19.7DB/K，是由大量地面站构成的卫星 传输系统。VSAT地球站之间通过通信卫星上转发器的中转直接通信，传输 延迟一般小于0. 3 s。VSAT在卫星覆盖的1 /3地球表面区域内，任何两 个或多个卫星地球站之间，不管距离远近，通信效果都是相同的，不易受地 理环境、天气条件的限制，不需要其它地面设施。移动地球站机动灵活，普 通天线系统对星时间小于5 min。通过终端设备的转接，一条卫星链路可以 同时

3、传输多路语音、数据和图像信息。同时VSAT采用Ku波段时，频率很 高，不易受到其它电磁波的干扰。1.2VSAT通信的特点相对于传统通信网络，VSAT通信具有着明显的优势（1）VSAT是真正的全球通信，覆盖面广、容量巨大、通信不受地理环境和 气候条件的限制；（2）地面站设备简单，体积小，重量轻，造价低，安装与操作简单VSAT小 站可直接安装在用户所在的楼顶、轮船或汽车上等，可直接与用户终端接口； 组网灵活方便。由于网络部件模块化，便于调整网络结构，易于适应用户 业务量的变化；（3）通信质量好，可靠性高。链路环节少，故障率低，通信畅通率高，适 于多种业务和数据率；（4）直接面向用户，特别适用于用户

4、分散、稀路由和业务量小的专用通信 网。1.3VSAT的卫星通信网的组成VSAT通信网由VSAT小站、主站和卫星转发器组成。数据VSAT卫星通信网 通常采用星状结构，采用星状结构的典型VSAT卫星通信网示意图见图 主主站：主站也叫中心站或中央站，是VSAT网的心脏。它与普通地球 站一样，使用大型天线，天线直径约为3.5 m8 m（ KU频段）或7 m 13m（C频段）。VSAT小站：VSAT小站由小口径天线、室外单元（ODU） 和室内单元（IDU）组成。卫星转发器：卫星转发器一般采用C或KU频 段的同步卫星透明转发器。1.3.1 VSAT网络拓扑结构VSAT卫星通信网的网络结构可分为星状网、网状

5、网和混合网（星状+网状） 3种。采用星状网结构的VSAT网最适合于广播、收集等进行点到多点间 通信应用环境。采用网状网结构VSAT网较适合于点到点之间进行实时性通 信的应用环境。采用混合型结构的VSAT网最适合于点到点或点到多点之间 进行综合业务传输的应用环境。此种结构的VSAT网在进行点到点间传输或 实时业务传输是采用网状结构，而进行点到多点间传输或数据传输是采用 星状结构；在星状和网状结构时可采用不同的多址方式。1.3.2VSAT系统参数外向载频：信息速率512KBPS, 12FEC, BPSK调制方式，时分复用（TDM）。 内向载频：信息速率128KBPS, 12FEC, BPSK调制方

6、式，频分多址、时 分多址混合方式（FDMATDMA）。误码率：EBNo6.5dB时，小于1X10 7。 数据通信速率：异步：75-19.2kbps；同步：（采用接口规程）1.2-56kbps； 同步：（位透明）1.2-65kbps；规程：SDLC、X.25, BITT （位透明方式）； 电气接口：主站：RS-232C、RS-449、V35 （DTE、DCE 均可）；小站：RS-232C（DCE）。电路连接模式：点对点连接、点对多点连接。语音通信：采用RELP （残余激励线性预测编码。接口：主站：用户交换机（PABX）四线E8M。小站：电话机DTME,工线环路信号，RJ11连接器用户交换机（PA

7、BX）一四 线E8M。传真：带内模拟G3），基带（G3或G4）。2. VSAT网分类以及应用VSAT网根据业务性质可分为三类：2.1以数据通信为主的网，这种网除数据通信外，还能提供传真及少量的话 音具体范例:基于VSAT/GSM的船载基站手机通信定位系统2.1.1AbIs over IP卫星传输组网GSM系统通过VSAT卫星链路传输组网在国内外边际网解决方案中已有 成功的应用，使用AbIs over IP技术通过VSAT卫星链路组网的示意图如图 所示.VSAT小站天线选用6006raz波段天线，该天线通过三轴稳定系统保 证天线接收稳定，不管天气和海况如何恶劣，船舶符合晃动，天线系统最快 能以9

8、0 / s的速率随船的晃动进行反Abisover IP网关采用CX-U1010，该设备能够提供基于IP优化平台的 Abis接口，实现El帧中空时隙的卸出和插入，从而实现信令和话音信号 的带宽压缩，压缩比例能够达到2：1到3：l.卫星Modem采用CDM-579， 该设备具备有效负荷压缩、头压缩和服务质量（QoS）管理等特性，可显 著节省带宽、提高传输质量并增强对带宽分配的控制.CX-U1010和CDM-570 的组合主要用于基于卫星的蜂窝回程通信，并具备高性价比扩展、高级性能 和高效连接的特点.其中核心技术主要有使用VSAT的AbIs over IP技术，以及AOA/TA定位法 AbIs ov

9、er IP技术通过对El帧的内容进行分析处理，提取有效的Abis数 据，去除IDLE帧信息和空闲信道信息，以IP数据格式对Abis数据进行 封装，实现基站的IP化，IP传输可以根据实际流按需分配带宽，用户在通 话和静音时占用不同的带宽，大大提高带宽资源利用率4.在带宽资源 紧张的VSAT卫星通信系统中可以有效的节省Abis接口的带宽占用.通过 AbIs over IP技术在VSAT卫星通信系统上实现TDM OVER IP，能继承卫星 宽带通信的各种优点，不仅能达到广域范围的无缝覆盖，而且当如地震、洪 水等能摧毁地面通信系统的自然灾害发生时，建立在AbIs over IP平台上 的IP化基站还能

10、正常工作OA/TA定位法基于信号到达角（AOA）的定位是通过基站天线阵列测量手机发射电波的入 射角，得到从基站到手机的径向连线，两条连线的交点即为目标手机的位置， 手机利用TA参数就可以调整信息分组的发送时刻，以确保各移动台的信息 分组到达基站时能避免时隙重叠.TA以比特为单位，一个比特的时长为3.69 鸟s，一个TA的距离可表示为TA=3.69Xl0 6sX3Xl08 m/s：2 = 5 54m,AOA/TA定位法是综合AOA和TA技术的定位方法， 基本思想是通过基站天线阵列获取手机到达基站的角度和TA值，如图所示.11、瑚5.)BTSUlb.r(图I AOA/TA定位法在实际应用中，通过在

11、CDM 5 7 0 L上对手机通信业务的QoS进行高优先 级配置，同时在陆地端和船端的CXU1010上做静态路由配置，实现GSM网络Abis接口的IP化传输，保证手机通信定位系统能够正常稳定统实的运行组如网际.V5A1小由曜单定定位虻押机测四壮月4J.1111liHAhis网耶1墀M心m11 1Muckiib1 Abis秘京: LJPHJLC-UIOIUI，E.E*此掬5I I JM-SiiJCX-UIDIO CDM-57l.土1邸 I 50 2J船载基站手机通信定位系统由船载设备和陆地设备组成，船载设备和陆地设 备之间的无线链路通过VSAT卫星通信系统承载.船载设备包括VSAT卫星小 站、卫

12、星Modem、Abis over IP网关、测向定位系统和BTS系统，BTS天线 和测向天线挂高在3 0m左右，用于保证船载基站的覆盖服务范围.陆地 设备包括VSAT卫星主站、卫星Modem、Abis over IP网关、BSC等设备并 通过MSC连接到公共交换电话网PSTN和公共陆地移动网络PSMN2.1.2数据广播利用卫星电路还可以实现LAN的互联，使分布在各地球站内的计算机 与主站内局域网上的计算机进行通信。这方面最典型的应用就是我们日常见 的股票信息的发布。比如上海股票交易所可以将实时的股票信息通过主站发 送出去，各地的交易所只要通过采用LAN来互联计算机就可以快速地得到 最新的消息。

13、这需要接收的小站要具有信息收发的能力，如果小站只具有接 收信息的能力，那么它只能接收到LAN广播的数据，而不能向主站发送信 息。采用VSAT网来互连LAN比采用FR进行互连LAN要经济得多，尤 其当需要广播业务时，采用VSAT网比地面FR有许多优点。由VSAT网 互连LAN可采用直接方式或FR的方式来互连。下图1是利用通信卫星实 现高速的数据广播的卫星数据广播方案。该系统是由一个中心站和众多的接 收小站组成。中心站将各种信息汇接处理成高速数据码流，经调制、上变频 放大后由天线向卫星发送。接收小站接收卫星转发的信号，解调提取出授权 的信息，提供给面向用户的各种应用。图2给出了主站的组成方框图，从

14、 图中可以看到，整个主站系统对视频、音频和数据的广播是通过 DVB( Digital Video Broadcast)设备来实现的，利用DVB复用设备一方 面可以直接将视频编码器输出的码流按照一定的格式打包，然后送给卫星 调制器，最后发送到卫星上去。收小站2.2以话音通信为主的网，这种网主要是供公用网和专用网话音信号的传输 和交换，同时也能提供交互型的数据业务；以电视接收为主的网，接收的图 像和伴音信号可作为有线电视的信号源通过电缆，基于音视频传输的VAST 技术在远程教育中起着不可或缺的作用2.2.1音视频广播虽然目前地面通信在世界范围内得到了迅速的发展，但由于受地理环境的影响，很多边远地区

15、还没有完善的地面通信系统，当地的居民还不可能利用地面通信的手段来接受教育。利用卫星通信可以很好地覆盖 诸如高山、草原、湖泊等自然条件恶劣的地区，以及经济落后的偏远地 ，远程教育地面系统所不能覆盖的区域，甚至将卫星作为开展远程教育的 主要手段。从远程教育开始至今，卫星就一直是清华大学开展远程教育 的主要手段。清华大学将教师授课时的实时音视频信号或录像信号经过 压缩编码后通过在清华大学校园内的地面站将信号发送到卫星上，各地 学员通过本地的VSAT将信号接收下来组织学生学习。这样一个教师的 授课可以覆盖整个国家的所有地方，听课的学生数目没有任何限制，这 是利用卫星开展远程教育的主要优势。2.3VSA

16、T在现代电信业务中的其他应用VSAT（甚小口径终端）卫星通信在CDMA （码分多址）移动业务中的因为其 稳定安全的特点是电信中继入网的一个安全选择。CDMA卫星中继应急入网平台充分利用了 VSAT卫星通信不受地理条件限制、 组网灵活、开通快捷的特点，并借助了卫星主站天线增益高、功率大的优势， 同时通过异地地面传输进行迂回入网，大大提高了应急情况下开通CDMA基 站电路的可靠性。以下以CDMA基站车为例，描述卫星中继应急入网的过程 及原理。当A地出现突发事件或应急状况，需要在突发事件现场临时开通CDMA基站 时，A地可以派出CDMA卫星车载基站车赶赴现场，同时A地BSC （基站 控制器）确定将要

17、使用的2M中继并告知卫星主站该编号，卫星主站进行预 跳接。A地车载基站到达现场后展开BTS （基站收发台）设备，并及时与卫星主站开通2M卫星中继链路，最终实现CDMA车载基站利用卫星中继异地传输迂回入网当地棱心卸刍机房舞地拍逢肌房2.3.1 CDMA卫星中继应急入网平台卫星主站主站系统的设备组成及工作原理CDMA基站卫星中继应急入网平台卫星主 站系统主要由射频、中频、基带三部分设备组成，射频设备主要包括双向 KU频段卫星天线及馈源系统、功放系统、上下变频器系统或ODU （室外单 元）等射频设备，主要完成对中频信号的变频、功率放大以及与基站侧卫星 站间的信号收发作用。中频设备主要包括卫星调制解调

18、器及冗余控制系统， 主要完成对接收信号的解调和解码以及对发 送信号的调制与编码作用。2.3.2 CDMA车载基站卫星子系统设备组成CDMA车载基站卫星子系统设备主要由车载卫星天线、卫星信标接收机、天 线控制器、功放（ODU）、低噪声变频器（LNB），卫星调制解调器CDM-600L 型）以及L频段合分路器等组成，2.3.3系统工作原理1）用户BTS的发射数据通过DDF接口引入车载卫星系统的调制解调器，实 现对该数据的调制和编码等数据处理操作。2）车载调制解调器采用CDM-600L型，发射数据方向主要实现将数据调制 成L波段中频信号后，通过发射馈线将信号经合路器传送至ODU。接收数 据方向主要将来

19、自ODU的L波段信号通过分路器传送给解调器进行数据处 理，最后通过数据线回传至BTS。3）利用双工器通过车载卫星天线系统完成与卫星间的信号收发。ODU主要 负责对中频L波段发射信号做上变频至KU波段的处理，并进行功率放大， 同时也对接收的KU射频信号做信号放大，并通过LNB下变频至L波段。3. VSAT未来发展展望随着通信技术日新月异的发展，VSAT也将不断调整不断万山，以适应 未来通信业务的需求，包括有C.KU.KA波段之后的毫米波段已获得更大的工 作频段；更高速率、大容量的通信速度，即由几百kbits的速率向着2Mbits， 以及更强大的5Mbits增加；更多的业务范围，从传统的数据、话务、图像 业务向着更加强大internet、帧中继、多媒体、ip、实时定位等多种功能 扩展；同时伴随着软件技术的不断进步，VSAT技术也必将向着更智能能更 便捷的方向不断法发展，并结合微电子、通信、软件、等多种技术行业，使 得VSAT终端更加普及更加完善。