VSAT卫星通信

VSAT卫星通信1.VSAT的概念及特点VSAT是VerySmallApertureTerminal的简称，即甚小口径的终端，实际表示意义是指一类具有甚小口径天线的、非常廉价的智能化小型或微型地球站，可以方便地安装在用户处。VSAT卫星通信网一般是由大量VSAT小站与一个主站（Hub）协同工作，共同构成的一个广域稀路由（站多，各站业务量小）的卫星通信网。与地面网通信网相比，VSAT卫星通信网具有以下特点：1.覆盖范围大，通信成本与距离无关；2.可对所有地点提供相同的业务种类和服务质量（包括误比特率和传输时延等）；3.灵活性好（多种业务可在一个网内并存，对一个站来说支持业务种类、分配的频带和服务质量等级等可动态调整）；4.可扩容性好，扩容成本低，开辟一个新通信地点所需时间短；5.点对多点通信能力（天然的广播信道）；6.独立性好，是用户拥有的专用网，不像地面网中受电信部门制约；7.互操作性好，可使采用不同标准的用户跨越不同的地面网而在同一个VSAT网内进行通信；8.通信质量好（有较低的误比特率和较短的网络响应时间）；9.传播时延大。与传统卫星通信网相比，VSAT卫星通信网的特点：1.面向用户而不是面向网络，VSAT与用户设备直接通信而不是如传统卫星通信网中那样中间经过地面电信网络后再与用户设备进行通信；2.小口径天线，天线口径一般小于2.4m，某些环境下可达到0.5m；3.智能化（包括操作智能化、接口智能化、支持业务智能化、信道管理智能化等）功能强，可无人操作；4.安装方便，只需简单的安装工具和一般的地基（如普通水泥地面、楼顶、墙壁等）；5.低功率的发射机，一般几瓦以下；6.集成化程度高，VSAT从外表看只能分为天线、室内单元（IDU）和室外单元（ODU）三个部分；7.VSAT站很多，但各站的业务量较小。8.一般用作专用网而不像传统卫星通信网那样主要用作公用通信网。2VSAT发展背景及状况2.1发展背景自从1847年电话诞生以来，电信业务得到了迅速的发展，但即使在发达国家大容量的网络也仅了限于有限的区域，对大多数发展中国家来说，电信网络的质量和普及率还很低。80年代引入的VSAT技术能较快地解决此问题，它不仅能为无地面线路可用的区域提供服务，而且在性能、提供的业务种类、可用度、传输成本、扩容成本等方面都能与地面线路进行竞争。VSAT的迅速发展还得益于80年代计算机的大量普及和计算机联网需求的大量增加。由于相当多的计算机通信业务是在一个主计算机与许多远端计算机之间进行的，而VSAT网能非常经济、方便地解决地面通信网很难处理的这种点对多点寻址；加上当时的VSAT已综合了许多新的技术（如分组传输与交换技术、高效的多址接续技术、微处理器技术、协议的标准化、地球站射频技术、天线的小型化及高功率的卫星等），使得VSAT基本具备了前一节所述的主要优点。因此，VSAT从80年代开始得到了迅速的发展，成为卫星通信中发展最快的一个领域。2.2VSAT的三个发展阶段从VSAT的发展来看，可以分为三个阶段。2.2.1初期阶段主要指1980年以前及以后2年。在此阶段，VSAT以采用C波段为主要标志，并且只能提供单收和低速数据业务。2.2.2第一代VSAT指1983年～1988年这一时期的VSAT产品。此阶段的VSAT以采用Ku波段和星形结构进行数据传输为显著标志，并开发了一些新的多址方式。2.2.3第二代VSAT指1988年到90年代中期。此阶段，VSAT已从单纯数据型向数据、话音、图形等综合业务方向转化，并且开始采用网状结构，具备了第一节中所述的主要优点。2.3VSAT发展现状到1993年底，全球已安装和预订的VSAT数超过了116000个。近几年来，每年的销售额约5.5亿美元，预计以后每年的增长率仍将在20％左右。从90年代中期开始，VSAT逐步向第三代发展，其典型标志是加强网控的功能，即主要由软件来控制VSAT的操作。目前，VSAT正在向硬件和软件的标准化方向发展，以使VSAT设备本身作为一个低层的基本功能平台，根据用户的需要可以随时通过增加VSAT的硬件和软件来增强其功能，就如今天的PC机，用户买了之后还可随时增加插卡和更新软件。另外，对一些边远地区来说，VSAT的电源仍是一个问题（如在我国西南某省安装VSAT站时就遇到了由于供电不行而不能开通的问题），除了采用太阳能等其它发电装置外，第三代VSAT应具有较低的功耗、较大的电压动态范围和只在通信时才需开机等特征以满足边远地区通信的需要。3VSAT的主要类型可按VSAT的性质、用途、网络结构和某些特征来对其进行分类。1）按照VSAT支持的主要业务类型不同，可分为以下三类：以话音业务为主的VSAT系统，如TES。以数据业务为主的VSAT系统，如PES。以综合业务为主的VSAT系统，如TSAT、NEXTAR。2）从VSAT网采用的网络结构来看，也可分为三类：星形结构的VSAT系统，如PES。网形结构的VSAT系统，如TES。星形和网状混合结构的VSAT系统，这是一种刚出现的网络，它在传送实时性要求不高的业务（如数据）时采用星形结构，而在传送实时性要求较高的业务（如话音）时采用网状结构；当需进行点对点通信时采用网状结构，进行点对多点通信时采用星形结构。这种网络结构可充分利用前两种网络结构的优点，同时能最大限度地满足用户的要求。由于此结构中允许两种网络结构并存，因此，可采用两种完全不同的多址方式，如星形结构时采用TDM/TDMA方式，而网状结构时采用SCPC方式等。3）根据不同的安装方式可分为固定式、墙挂式、可搬移式、背负式、手提式、车载式、机载式、船载式等。4）按业务类型可分为小数据站、小通信站和TVRO等。5）按业务性质可分为固定业务的VSAT和移动业务的VSAT两种。6）按收发方式可分为单收站和双向站。4VSAT的主要业务种类和典型应用除了个别宽带业务外，VSAT卫星通信网几乎可支持所有现有业务，包括话音、数据、传真、LAN互连、会议电话、可视电话、低速图像、可视电话会议、采用FR接口的动态图像和电视、数字音乐等。具体的业务种类及典型应用如表1所示。从表1可看到，VSAT网可对各种业务分别采用广播（点→多点）、收集（多点→点）、点—点双向交互、点—多点双向交互等多种传递方式，充分说明了VSAT的灵活性。表1现有VSAT网主要业务及典型应用业务应用1.广播和分配业务.数据数据库、气象、新闻、仓库管理、遥控、金融、商业、远地印刷品传递、报表、零售等图像传真（Fax）声频单向新闻广播、标题音乐、广告和空中交通管制电视.a）TVRO（电视单收）接收文娱节目b）BTV（商业电视）教育、培训和下行信息业务2.收集和监控业务.数据新闻、气象、监测、管线状态图像图表资料和凝固图像视频高压缩监视图像3.双向交互型业务（星形拓扑）.数据信用卡核对、金融事务处理、销售点数据库业务、集中库存控制、CAD/CAM、预订系统、资料检索等双向交互型业务（点对点）.数据CPU-CPU、DTE-CPU、LAN互连、电子邮件、用户电报等话音稀路由话音和应急话音通信电视压缩图像电视会议5VSAT的关键技术5.1地球站技术要使VSAT能得到更广泛的应用必须使VSAT进一步小型化，降低VSAT的成本，为此须解决以下关键技术：信号处理技术：通过合适的信号设计和信号处理降低VSAT系统对C/N的要求。集成电路技术：微波电路集成化技术，采用SLIC技术。天线技术：通过采用新的设计，使天线的尺寸进一步减小。接口技术：采用软件可编程的接口技术以使VSAT能适应不同用户的接口要求。抗干扰技术：包括抗外部干扰和邻站干扰技术。数字化技术：以DSP、DDS为基础来提高VSAT的灵活性和可靠性。一体化设计技术：通过统一设计Modem、FEC和ARQ来达到对信道资源的最佳利用。标准化技术：VSAT必须要标准化才能解决相互间的互通问题和实现大规模生产。加密技术：由于任何网外用户都能收到网内用户发送的信息，任何网内用户都能收到应由其它网内用户接收的信息，因此，VSAT网中必须解决信道加密问题。要进行加密就涉及到加密算法和加密密钥的分配问题，而对一个网络来说尤其重要的是密钥的分配问题。当采用密钥集中分配方式时，如果主站为每个VSAT保留一个工作密钥，则要求主站有非常大的容量；如果为所有VSAT分配同一个工作密钥，将失去加密的意义。若采用密钥分散分配方式，则涉及到一个密钥的安全问题及VSAT设备的复杂性问题。5.2空间技术要加强卫星的竞争力，必须降低卫星的成本、在不增加卫星重量的基础上增加卫星的容量、增加卫星的利用率（如采用低速编码、延长卫星寿命，采用TASI、DSI和DCME等）、寻找地面无法实现或很难实现而卫星很容易做到的新应用（如航空、航海移动通信，偏远地区数据收集，导航/定位等）。就卫星转发器而言，需逐步解决以下关键技术：星上处理与交换技术：使卫星成为一个交换结点，使VSAT能直接进行通信，改善VSAT网的连接能力和吞吐量—时延性能，并把网络的复杂度从VSAT转移到卫星，降低VSAT成本；采用星际链路后能实现不同卫星覆盖区内VSAT之间单跳通信。多波束/跳波束天线技术：在星上采用多波束/跳波束技术以提高卫星的EIRP和G/T，从而降低对VSATEIRP和G/T的要求。星上信令能力：使卫星具有信令处理能力，把现在VSAT网中网控中心的一部分功能转移到卫星上，从而缩短VSAT通信的呼叫建立时间。中低轨道卫星技术：由于同步卫星的轨道高度很高，传播时延和传播损耗都很大，因此VSAT不能非常小，同时也不能满足一些实时性业务的要求，为此提出采用中低轨道卫星进行通信。由于信号的传播损耗和时延较小，因此就不仅能更好地传输实时性业务，而且能大大减小地球站天线的尺寸和发射机的功率。另外，采用多个低轨道卫星组成的通信系统比同步卫星通信系统能更好地进行频率复用；同时也缓解了同步轨道上卫星过分拥挤的情况。采用中低轨道卫星还有其它一些优点，这里就不多讲了。除了以上一些需解决的关键技术外，另外还包括增大卫星功率技术、宽带传输技术、干扰抑制技术、多信道Modem技术等。5.3网络技术如何更好地把地球站和卫星结合起来，使VSAT达到最佳的性能/价格比，这就是网络技术需解决的问题。就目前来看，VSAT网络技术需解决以下一些关键技术：多址访问技术和信道分配技术：开发一些新的多址访问和信道分配技术以更有效地利用卫星信道的资源，满足业务量变化及不同业务对服务质量的要求。网络控制技术：进一步加强网络控制的功能，提高VSAT网的智能化程度和灵活程度。网络协议技术：进一步研究VSAT网络的通信协议及与地面设备之间的接口协议以提高网络的适应能力和协议的工作效率。网络安全技术：采用一些措施（如加密、通行字、自组织能力等）来提高网络的安全等级。6未来VSAT的几种主要应用6.1VSAT在ISDN环境下的应用ISDN的提出已有相当一段时间，然而，时至今日，电信网络提供的ISDN业务仍非常有限，一个重要的原因是由于现有通信网（如PSTN，PSPDN和各种专用网等）的投资巨大，对它废弃不用而新建一个ISDN网从经济上考虑是不可能的。因此，用VSAT网来实现一个ISDN或用来互连各地的ISDN用户或让远方ISDN用户经VSAT网进入地面ISDN从经济上考虑是比较合适的；即使在地面ISDN网建成后也不能覆盖所有的地区，对边远地区的ISDN用户来说，采用VSAT网仍几乎是一种唯一的选择。对地面ISDN能覆盖的用户来说，也存在着网络的故障和拥塞问题，此时，可把VSAT网络用作地面ISDN的迂回或应急网络。因此，VSAT网提供ISDN业务不仅是VSAT本身发展的需要，也是ISDN发展的需要。要使VSAT网能提供ISDN业务，首先应必须解决VSAT网的标准问题。只有使VSAT网符合ISDN的标准才能提供ISDN业务；其次，必须提高VSAT网的容量和通信性能（包括网络时延和信道误比特率）；再次，必须能对不同的业务提供不同的服务质量，以满足不同业务对通信网服务质量的要求。6.2VSAT在互连LAN中的应用采用LAN来互连计