VSAT系统

9.2 VSAT卫星通信系统
本节知识要点：
VSAT卫星通信系统组成 VSAT的接入方式
VSAT主要类型 VSAT的特点
VSAT（Very Small Aperture Terminal）是80年代初发展起来的一种卫星通信系统，它的中文含义为“甚小口径天线地球站”，通常它是指天线口径小于2.4米，G/T（天线增益/天线温度）值低于19.7dB/K的高度智能化控制的地球站。

目前，采用扩频方式（SS）的C频段VSAT，其天线口径可进一步压缩；Ku频段的天线口径已经小于1.8米。

按VSAT所承担主要业务的不同可分成两大类：一类是以数据为主的小型数据地球站（PES，Personal Earth Station）；另一类是以话务为主、数据兼容的小型电话地球站（TES，Telephone Earth Station）。

VSAT由于应用了大规模集成电路、数字信号处理和微处理器等新技术，因而具有成本低、体积小、智能化、高可靠、信道利用率高和安装维护方便等特点，特别适用于缺乏现代通信手段、业务量小的专用卫星通信网。

自VSAT问世以来，立即得到各国的重视，至80年代中期获得广泛应用，成为卫星通信中的热门领域之一。

因此，将简要地介绍VSAT通信系统。

9.2.1 系统的组成
由通信卫星转发器、天线口径较大的主站（中枢站）和众多甚小天线口径的小站组成。

VSAT网中的空间通信由Ku频段（11～14GHz）或C频段（4～6 GHz）的卫星转发器提供的。

主站通常有主、备用两份设备，天线口径在3.5～11米之间。

VSAT网小站（终端）除天线以外其它设备与主站的类似。

终端通过设备之间的电缆，将室内单元连接到射频单元。

射频单元与天线一起
设置在室外，以提供频率变换等功能及收信机功能等。

室外单元的射频设备包括：天线、低噪声放大器（LNA）、上下变频器、固态放大器（SSPA）。

SSPA的一般输出功率为5W、l0W、30W不等。

为减少信号功率的损耗和引入的噪声，一般都将SSPA、LNA 和上、下变频器直接安装在天线后面，并由室内经电缆供电。

因室外工作环境恶劣，室外设备既要密封（为了防雨防潮），又要能承受温度的大范围变化，因此，对室外单元各个部件的要求极高。

中频及基带部分属于室内单元，它们主要包括：调制解调器、前向纠错编译码器以及其它基带设备等，其具体组成根据业务类型不同而略有不同。

从中枢站（主站）到VSAT小站的信道叫出境路由，系统中所有小站都有相同的出境路由。

从VSAT小站到中枢站（主站）的信道称为入境路由，由于VSAT小站天线小、功率低，因此入境路由的速率要低于出境路由的速率。

VSAT网络从传输方向上可分为2种：单向VSAT网络和双向VSAT网络；从传输方式上可分为4种：点对点、点对多点广播式、多点对点搜集式和点对多点的多边通信网络；基于网络功能特点VSAT网络可分为4种：数据交换、电路交换、视频／音频／数据分布网络和微型终端网络；从网络拓扑结构上可分为2种：星形拓扑结构和网状拓扑结构。

9.2.2 VSAT的接入方式（多址方式）
是决定VSAT性能的关键要素之—，同时也决定着系统的工作量和总延时，早期VSAT 无例外地采用了频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等多址方式。

随着技术的进步，分组数据传输的大规模地兴起，VSAT系统又增添了不少新型多址连接方式，例如随机多址连接（RA）和按需分配的多址方式（DAMA）等。

当然，在VSAT系统中，不同的网络拓扑结构，不同的传输链路，其接入方式也是不同的。

下面就介绍5种常用的接入
方式：
1.TDM/FDMA（时分复用／频分多址）方式
这种方式通常用于星型网络中心站的出站链路，采用连续的TDM载波，典型的信息速率为：57.6、153.6、256和512kbps。

在一个VSAT网络中，如果不能满足业务量要求，则可增加多个TDM 出站载波，即TDM/FDMA载波，每个TDM载波对应一群VSAT站。

2.SCPC/FDMA（每载波单信道／频分多址）方式
这种方式通常用于各远程VSAT站向中心站发送数据的入站链路，每个VSAT站占用一个载波，这种方式典型的信息速率为：1.2、2.4、4.8、9.6kbps，其优点是线路延时小、线路专用；缺点是线路利用率低，灵活性差。

它适用于业务量固定且平稳的VSAT网。

3.TDMA时分多址方式
传统的TDMA方式是根据网络内站数的多少，给每个站划分一个固定时隙，而在VSAT网络中，它们与传统的TDMA方式有很大差异，比较典型的有：
(1)S-ALOHA（时隙—ALOHA）方式
ALOHA和S-ALOHA均指随机争用卫星信道方式。

ALOHA是纯随机方式，既没有预约也没有分配时隙，主要用于突发数据通信，发送短文等。

S-ALOHA是时隙ALOHA方式，为普通使用的方式，与ALOHA相比，减少了碰撞概率，提高了传输率，这种方式常用于低业务突发通信且VSAT 站数目的网络。

(2)R-ALOHA（预约—ALOHA）方式
这是方式是在ALOHA信道上开一个预约时隙，对较长的分组采用预约方式来传输数据，对较短的数据则采用随机方式。

在这种接入方式中，当VSAT站有数据要发送到中心站时，需发送一个申请给中心站的按需分配处理器，并表明需要发送的通信量，中心站把定量的TDMA时隙分配给相应的VSAT站。

当有多个VSAT站同时向中心站发出申请时，则需排队等侯。

这种方式可用于数据
量变化较大的用户。

(3)Stream（数据流）方式
这种方式主要用于传输较长的连续数据，如大数据文件、话音及视频电话等。

(4)AA-TDMA （自适应—时隙分配）方式
这是一种自适应调整TDMA方式。

每个远程VSAT站按需使用时隙，并根据通信量的大小调整时隙的宽度。

也可根据用户的业务情况，自动变换接入方式，如ALOHA、Stream和R-ALOHA。

4.CDMA（码分多址）方式
这种方式根据需要采用适当位数的扩频编码，不同的VSAT站采用不同的地址码。

当中心站与若干个（如N个）VSAT站通信时，将所要传输的N个信号用指定的N种不同的伪随机码进行扩频调制，同时使用同一种出站载波频率传给N个VSAT站，只要各个VSAT站的接收机使用各自规定的伪随机码来解调，它们便可分别接收到相应的原始信号。

这种通信方式具有抗窄带干扰能力及保密通信的能力。

5.DAMA（按需分配多址）方式
在路由较少环境中，采用保SCPC、传统的FDMA这样的固定分配方式是对空间段资源的浪费，为提高效率，可以使用DAMA技术。

这可以在每呼叫（call by call）基础上建立卫星链路，大量的VSAT站按需享用卫星容量，以较好利用空间段资源。

当DAMA技术用于FDMA网络时就被称为DA／FDMA方式；用于TDMA网络中时就被称为DA／TDMA方式，或称为SCPC／DAMA方式。

9.2.3 VSAT主要类型和特点
目前已经开发出了4种类型的VSAT系统，这里简要的介绍它们的主要类型和特点。

1.
(1)非扩展频谱VSAT，这种类型的VSAT工作于Ku频段，具有高速度和双向的通信特点，采用
无扩频相移键控调制技术和自适应带宽接入协议；
(2)采用扩展频谱的VSAT，这种类型的VSAT工作于C频段，可提供单向或双向数据通信业务；
(3)扩展频谱超小口径终端（USAT），它的天线口径通常为0.3～0.5米，是目前最小的双向数据通信地球站。

(4)T型小口径终端（TSAT），这种类型的终端可以传输点对点双向综合数据、图像和话音，能与ISDN接口不需要主站就可以构成网状结构，是一种较高级的VSAT，TSAT系统一般采用2.4
米口径天线，目前，有报道说可以采用口径更小的天线。

TSAT系统通过Ku频段和C频段的卫星转发器工作，安装简便，网路结构容易改变，适合于多种应用场合。

2.
(1)VSAT网主要用于传输实时数据业务，信道响应时间十分重要，它对信号质量和网络利用率影响很大。

因此，信道响应时间就成为VSAT的网络资源之一。

在一般情况下，较大的业务量和较快的信道响应时间将占用较多的网络资源；
(2)从VSAT系统的业务性能分析，在整个系统中，参与组网的VSAT小站数目越多，网络的利用率就越高，这时每个小站所承担的费用也就越小。

在一般情况下，组网小站数应为200～5000个较为合理；
(3)中枢站至小站采用广播式的传输方式，向全网发布信息。

各小站按照一定的协议选取本站要接收的信息。

因此，在系统设计时，为了保障出站链的数据高传输速率，以充分提高卫星转发器的利用率，中枢站天线口径选得较大；
(4)通常小站至中枢站的业务量小，在系统设计时对于中枢站链路，应当优先考虑VSAT小站的高频功率放大器（HPA）的利用率。

其多址接入规程大多采用SSMA或TDMA方式，以尽可能地缩小天线口径，降低高频功率放大器的输出功率；
(5)VSAT站主要采用软件管理，易于控制。

一般天线口径较小，G/T小于19.6dB/K，设备结构紧
凑，全固体化，功耗小，环境条件要求不高，VSAT小站的公用部件（HPA、LNA等）一般没有冗余设备；
(6)对于VSAT小站而言，其公用部件主要是指共用的主站和卫星转发器，因此，随着小站数量的增加，每个小站的均摊费用会逐步降低。

当然，随着VSAT小站数据终端站（DTE）的数量、速率、活动系数的变化，小站费用、共用设备（即主站和卫星转发器）费用在每站每月费用中也会发生一定的变化。