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VSAT通信及其组网方式

2/14/2005来源:卫星通信人气:13187

杨庆增
  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。它是在80年代初期开发出来的一种卫星通信终端设备,并在近些年来得广泛的发展。

  VSAT通信系统一般可以工作在二个频段,分别是14(上行)/11(下行)GHz的Ku频段和6(上行)/4(下行)GHz的C频段。C频段开发较早,雨衰较小,但空间资源比较拥挤,天线口径和终端设备体积也较大。由于目前Ku频段空中资源还比较宽松,天线口径较小,便于安装,所以Ku频段的VSAT系统比C频段VSAT系统发展速度要快。有Vast新秀之称的Usat特小口径终端,即天线口径在0.3米--0.5米的卫星通信地球站,就是采用Ku频段工作的。

  Vast通信之所以得到发展,除了它本身固有卫星通信的优势外,它还有两个主要特点:

  一、Vast卫星通信地球站设备结构简单,全固态化,尺寸小,耗能小,系统集成与安装方便。

  Vast站设备通常只有室内和室外两个单元(机箱),安装极为方便,它可以安装在用户所在地。大家所熟知的并正在大量使用的卫星电视接收站,实际上就是一种单向(只有接收而无发射)的Vast站。Vast站由于设备轻巧、机动性好,适于建立滚动的卫星通信地面站。如海湾战争期间,美国CNN新闻记者在巴格达的占地独家报道采用的就是Vast通信地面站进行的。我们知道,卫星通信系统是空间站(通信卫星)和地球站及传输信道组成。地球站又包括发信系统和地面中继系统,而Vast设备能安装在用户终端所在地,不必汇接中转,可直接与通信终端连接,并由用户自行控制,不再需要中继系统,这样大大方便了用户,且大大降低了设备成本,因而具有明显的经济效果。

  二、Vast卫星通信组网方式灵活方便,在Vast系统中,通信网络结构形式可分为星形网络、网状网络和混合网络三类,它们各具特色。

  1、星形网络是由一个主站(一般是处于中心城市的枢纽站)和若干个Vast小站(远端用户终端站)组成。主站具有较大口径(一般为10-20米)的天线和较大功率的发讯设备,网络除负责网络管理外,还要承担各个Vast小站之间信息的发送与接收,即为各小站间提供传输信道和交换功能,因此主站具有控制功能。一个星形网络系统可以容纳数百个及至上千个小站,网络内所有小站都与主站建立直接通信链路,可直接通过卫星(小站-卫星-主站)沟通联络。小站与小站之间不能直接进行通信,必须经过主站转接,按“小站-卫星-主站-卫星-小站”方式构成通信链路。由此我们看到小站之间的链路是要两次通过卫星,经过“双跳”连通,因此具有较大的约0.45秒的传输时延,小站之间的用户在通话时会感到有些不适应或不习惯。这是星形Vast网络链接用于通话的一个缺陷,故而这种“双跳”传输适用于数据业务或录音电话,而不适用于实时语音业务。否则,用户间直接通话需要有一个适应过程,所以星形网络特别适应各小站与主站间传输高速数据业务。

  2、网状网络链接一改星形网络链接方式,它同样由一个主站和若干小站组成,只是小站之间可以按“小站-卫星-小站”通信链路实现“单跳”通信,而无须再经过主站转接。从而将传输时延比星形网络减少一半,只有0.27秒,用户在通话时还可适应。此时的主站借助于网络管理系统,负责各各Vast小站分配信道和监控它们的工作状态。

  3、混合网络是融星形网络和网状网络于一体的网络,集中各自有利的方式完成链接。网中各Vast小站之间可以不通过主站转接,而直接进行双向通信。

  Vast通信系统综合了诸如分组信息的传输、交换、多址协议以及频谱扩展等多种先进通信技术,进行数据、语音、视频图像、图文传真和随机信息等多种信息的传输。一般情况下,星形网以数据通信为主,兼容语音业务。网状网和混合网以语音通信为主,兼容数据传输业务。和通常一般的卫星通信一样,Vast通信的一个基本优势是可利用同一个卫星实现多个地球站即Vast小站之间的同时通信,这称为“多址联结”。实现多址联结的关键是各地球站所发信号经过卫星转发器混合与转发后,能为相应的对方站所识别,同时各地球站信号之间的干扰要尽量的小些。实现多址联接的技术基础是信号的分割。只要各信号之间在某一参量上有差别,如信号频率不同、信号出现的时间不同,或信号所处的空间不同等等,就可将它们分割开来。为达到此目的,需要采用一定的多址联接方式。

  在Vast通信网中,主要采用三种多址方式:

  1、频分多址(FDMA)方式中的“单路载波”(SCPC)即采用传输信号不同频率来区分或代表不同的Vast站的站址。也就是每个Vast小站使用不同的信号频率,以区分不同的Vast小站。

  2、时分多址(TDMA)方式。即采用传输信号的不同的时间间隔来区分或代表不同的Vast站的站址。也就是每个Vast小站传输信号对具有不同收、发数字码的时间间隔,以此区分不同小站。

  3、码分多址(CDMA)方式。即采用传输信号的不同的码元来区分或代表不同的Vast站的站址。

  在Vast通信系统中,又常因传输的业务类别而采用不同的多址联接方式。比如,在同一个地球站,传输语音时采用频分多址的单路载波方式,传输数据时则采用时分多址技术。与多址联接方式紧密相关的还有一个信道的分配问题,就是怎样将频带、时隙、地址码等有序地分配给各站使用,称为信道分配技术。

  多址方式的信道分配技术方法很多,在Vast通信系统中,常采用的有预分配方式和按需分配方式。预分配方式中又有固定预分配方式和按时预分配方式,前者是按事先约定固定分配给每个Vast站一定数目的载波频率,Vast站只能使用分配给它的专用频率与有关的Vast站通信,其他站不能占用这些频率,由于各个Vast站都有专用的载波频率,故建立通信较快。但因各Vast站不管是否工作始终占据着一个载波频率,也使得频率利用较低。所以,这种方式适用于业务量大的线路,后者为了提高信道利用率,根据Vast站不同时间的业务量而提出的预分配方式。

  按需分配信道方式也称按申请分配信道方式,它克服了预分配信道方式的缺点,而是什么时间需要信道,就什么时间申请信道。通信完毕后,信道返还管理与控制中心再行分配使用,这样便大大提高了利用率。

  Vast通信技术目前已比较成熟,新技术,新产品也在逐步丰富Vast通信,使其更加完善,运营更加方便。

  Vast通信发展至今不过十五、六年的历史,1984年美国休斯网络系统公司开发出第一套Vast通信设备并投入商业运营以来全球Vast通信得到蓬勃发展。目前仅在美国就已有十万多个Vast站投入使用,在亚洲、印度引进美国Vast技术,生产Vast设备,年产量已达1000台以上。全球Vast小站数量一度达到了几十万的规模。可见产量之多,应用之广泛已达相当程度。

  随着我国改革开放的深入,Vast通信在我国也获得较好发展。中国电信早就介入Vast通信业务,1995年-1998年正是我国寻呼业大发展时期,寻呼业为扩大覆盖及实现全国联网,广泛的采用Vast通信实现这一目标,在此期间,几乎所有寻呼台都要上Vast通信,使Vast通信市场发展形成一个小高潮。

  目前,我国的金融银行业、石油、地震、人防、民航、气象、新闻、报业及军事等部门均已建立各自的Vast通信网。这些已形成Vast产业应用的市场。

  随着通信、因特网、多媒体对宽带的要求,转单一电视广播接收为电视广播、远程教育、远程医疗、农村电话、卫星上网、视频广播等综合多媒体接收,都将为Vast通信的发展提供渠道和契机。

摘自《卫星与网络》2001.5