船載VSAT動中通天線測試技術指標研究

康小勇，楊曉婧，齊海勇

（中國交通通信信息中心，北京 100011）

船載VSAT動中通天線測試技術指標研究

康小勇，楊曉婧，齊海勇

（中國交通通信信息中心，北京 100011）

本文以保障船舶VSAT小站通信鏈路的穩定性為根本要求，以VSAT網絡運營者的角度，從保障通信鏈路的穩定建立方面，介紹了對船載衛星通信天線的指標要求及測試技術指標，闡明了在工程技術應用上，船載動中通天線的測試技術指標，以確定船舶衛星通信天線系統的選擇，保障衛星通信的鏈路穩定可靠性，提升運營服務水平。

船舶衛星通信；動中通天線；天線性能測試

1 引言

天線性能指標是衛星通信鏈路的穩定可靠的關鍵點，隨著船舶VSAT衛星通信需求的增長，應用于船載VSAT系統的動中通天線越來越普及，在船載VSAT通信系統設計中，衛星通信鏈路的穩定可靠性尤其重要。作為VSAT衛星通信網絡的運營者，按照衛星公司使用衛星資源的規范，在自身系統運營方面，充分考慮衛星路由器調制編碼的前提下，選擇合適的編碼，確定恰當的船載VSAT小站接收門限值后，船載動中通天線的技術指標與系統接收門限值總體考慮的性能指標，是確保船舶航行中穩定通信的關鍵，如何在工程應用中做好系統設計，選擇船載VSAT動中通天線，研究其測試技術指標是關鍵點之一。

2 船載VSAT衛星通信鏈路關鍵因子

船載VSAT衛星通信的特點表現在船載VSAT小站的載體是船舶，隨著船舶在海上航行，船舶搖擺幅度及搖擺角加速度直接影響著VSAT動中通天線工作穩定性，穩定跟蹤衛星的動中通天線，可確保衛星通信信號的捕獲、鎖定，獲取通信鏈路中優于門限值的信號強度，建立抖動小、暢通的衛星通信鏈路。衛星通信鏈路的建立，涉及鏈路參數見圖1。

圖1 衛星通信鏈路圖

衛星轉發器所提供的參數因子中，對通信鏈路的建立具備影響的主要因子有EIRP，G/T，SFD，在鏈路中直接影響系統各個站點的EbN0值，影響鏈路規劃及系統配置。以船載VSAT天線跟蹤、鎖定衛星為前提，船載VSAT通信與普通陸地固定VSAT通信的通信鏈路建立是相同的。在衛星通信鏈路計算中遵循統一的計算公式：

在衛星通信鏈路中，為獲得穩定鏈路，降低傳輸誤碼率，對載噪比的獲得要考慮上下行鏈路因子以及各可能干擾因子的影響。載噪比因子直接與每比特信號能量與噪聲功率譜密度相關，其公式為：

由此獲得，每比特信號能量與噪聲功率譜密度之比：

式中，Eb為比特信號能量；Rb為基帶信號的比特速率；Bn為噪聲帶寬，調制方式不同，相同比特速率所需帶寬也不同；N0為噪聲功率譜密度。

在通信傳輸鏈路計算及信號測試中，信號在傳輸中除了傳輸損耗外，還會受到外部噪聲、干擾的影響，也會受到地球站設備內部噪聲、衛星轉發器的交擾調制噪聲的影響，在充分考慮到這些影響后，作為網絡運營者及系統集成服務者，為船載動中通VSAT小站提供運營服務需要依據經濟效益，考慮衛星帶寬利用率，選擇合適的FEC編碼，從而確定[Eb/No]值，船載VSAT小站只有穩定的接收到高于該值的信號值，才具備建立穩定衛星通信鏈路的可能性。

所以，無論是船載單站間通信，還是衛星網絡通信，作為運營服務提供者，為保證通信鏈路的穩定可靠，監測接收信號對[Eb/No]差，是首選技術指標。

3 船載VSAT動中通天線適用的基本條件指標

3.1 衛星公司對天線基本技術指標要求

作為可用的VSAT天線，要滿足衛星公司提出的極化隔離度要求，一般情況下交叉極化隔離度大于33dB。從動中通遠端站天線所處的位置，其旁瓣特性在同步衛星軌道平面內，應滿足如下要求：

Theta為從主瓣中心衡量的旁瓣角度。在1.5°～7°范圍內，旁瓣增益不應超過上述范圍。在7°之外，允許10%的旁瓣增益超出上述包絡，但最多不可超出3dB。

3.2 目前船載VSAT動中通天線適應船舶條件

技術指標

跟蹤精度普遍遵循0.2°RMS。

保障跟蹤精度情況下，在適應船舶條件上，一般可以達到：

橫搖：+/-25°，周期6～12s；

縱搖：+/-15°，周期6～12s；

航偏：+/-8°，周期15～20s。

也有為適合惡劣海況而提高適應船舶條件的天線，可以達到：

橫搖：-30°～+30°，周期6s；

縱搖：-30°～+30°，周期6s；

航偏：40°/s。

并且為適應惡劣風浪速度變幻，而在天線適應船舶搖晃角加速度上達到：

方位軸：100°/s2；

俯仰軸：100°/s2；

橫滾：100°/s2。

4 船載VSAT動中通天線測試技術指標選擇

作為VSAT服務提供者，尤其是運營服務提供者，為了確保運營網內每個VSAT用戶的通信服務品質，在充分考慮衛星相關干擾因素的基礎上，針對船載VSAT通信系統，需要充分考慮船舶航行海況條件，針對衛星鏈路通信保障信號門限值，進行海況條件下的信號測試。

目前普遍應用的船載VSAT動中通天線反射面尺寸有：C波段：偏饋2.4米、環焦2.4米、環焦1.8米、環焦1.5米；Ku波段：偏饋2.4米、環焦2.4米、環焦1.5米、環焦1.2米、環焦1.0米。

其中，C波段1.5米天線為非標準天線，只有在極特殊情況下采用。受船舶安裝空間的限制，在選用天線時，天線罩體的尺寸直接影響著天線的安裝及安裝位置的遮擋情況，在充分利用船舶安裝空間的情況下，盡量選用反射面尺寸大的天線，針對所選定的天線進行船舶條件下的接收性能測試。這個測試的前提是天線的極化隔離度已經滿足衛星公司的要求，且天線的包絡圖主、旁瓣電平值達到-14dB。

一般在選擇船舶搖擺條件時，可選擇三種船舶條件進行測試：一級船舶條件（橫搖：-7°～+7°，周期8s；縱搖：-3°～+3°，周期8s）；二級船舶條件：（橫搖：-15°～+15°，周期8s；縱搖：-8°～+8°，周期8s）；三級船舶條件（橫搖：-20°～+20°，周期8s；縱搖：-12°～+12°，周期8s）。

不同海況與船舶的搖擺條件沒有必然的關系，在風、流、浪、涌的影響下，船舶的搖擺與船舶吃水、船舶上層面積、船舶尺寸等因素有關，如果以千噸、百米級船舶分析，一級船舶條件一般在3，4級海況，在這檔情況下，大型商船可正常航行；二級船舶條件一般在5，6級海況，大型商船航行的惡劣海況；三級船舶條件則會達到7級以上海況，普通船舶一般避風，僅有救助任務等船舶會頂風破浪航行。

測試以船舶小站入網狀態下進行測試，調制編碼可選QPSK 3/4，門限值為4.0dB，小站接收電平采樣間隔設為500ms，進行船舶小站在選擇海況情況下的接收主站信號連續統計，如果條件允許，主站側可進行對小站接收的信號電平進行同樣參數設置（調制編碼也可以采用QPSK7/8）的接收電平信號連續統計，以活動小站發射信號的穩定性參數指標。

這種測試直接可以掌握網內運行船舶小站的工作情況，對網絡運營者做好運營服務提供直接的設備應用性能資料，方便運營者做好運營服務。

5 幾種船載VSAT動中通天線的測試分析

根據以上分析，對兩款國產天線（國產Y天線、國產X天線）、一款國外產天線（國外產S天線），在三級船舶條件下，采用同款MODEM集成小站，保持主站發射電平不變，調制編碼QPSK 3/4，小站接收門限值均為4.0dB方式相同進行入網后，實測的小站接收電平信號數據。

5.1 一級船舶條件天線測試分析

一級船舶條件下，國產Y天線進行了該項測試，接收信號統計圖見圖2。通過統計圖和統計數據，國產Y天線在一級船舶條件下，接收信號值變化幅度比較大，在7.1dB到10.3dB之間，在2秒的測試記錄期間內，出現7次信號突變，該突變為瞬時信號丟失，在通信中將會提高誤碼率，在圖像傳輸應用中體現為出現馬賽克或一幀暫停。

圖2 國產Y天線第一船舶條件測試信號圖

5.2 二級船舶條件天線測試分析

二級船舶條件下，國產Y天線、國產X天線進行了測試，并分別進行了接收信號統計。

（1）國產Y天線測試條件接近二級船舶條件，實際測試的船舶條件為：橫搖：-10°～+10°，周期10s；縱搖：-7°～+7°，周期15s。

就測試條件而言，國產Y天線的測試條件未達的二級船舶條件的要求，船舶搖擺臺周期也慢于要求。如圖3所示，通過統計圖和統計數據，國產Y天線在接近二級船舶條件下，接收信號值變化幅度明顯增大，變化頻率增快，接收信號值變化幅度在4.8d B到10.3d B之間，信號低點已經接近門限值，在2秒的測試記錄期間內，出現8次信號突變，該突變為瞬時信號丟失，在通信中將會提高誤碼率，在圖像傳輸應用中體現為出現馬賽克或一幀暫停。

圖3 國產Y天線第二船舶條件測試信號圖

（2）國產X天線直接進行二級船舶條件測試，實際測試的船舶條件為：橫搖：-15°～+15°，周期6s；縱搖：-10°～+10°，周期4s。

圖4 國產X天線第二船舶條件測試信號圖

就測試條件而言，國產X天線的測試條件優于二級船舶條件的要求，在橫搖周期上快于測試條件要求，在縱搖幅度上大于測試條件要求，在縱搖周期上快于測試條件。如圖4所示，通過統計圖和統計數據，國產X天線在優于二級船舶條件下，接收信號值變化幅度小，接收信號值變化幅度在9.8d B到11.2dB之間，接收性能優良，天線工作穩定。

5.3 三級船舶條件天線測試分析

三級船舶條件下，國產X天線、國外產S天線進行了此擋條件下測試，并分別進行了接收信號統計。

（1）國產X天線實際測試的船舶條件為：橫搖：-20°～+20°，周期8s；縱搖：-10°～+10°，周期4s。

圖5 國產X天線第三船舶條件測試信號圖

就測試條件而言，國產X天線的測試條件在橫搖條件上滿足測試條件要求，在縱搖幅度上小于于測試條件要求，在縱搖周期上快于測試條件。如圖5所示，通過統計圖和統計數據，國產X天線在基本符合三級船舶條件下，接收信號值變化幅度不大，接收信號值變化幅度在9.6dB到11.2dB之間，接收性能優良，天線工作穩定。

（2）國外產S天線是在船舶交付驗收時進行的船舶姿態搖擺實測，實際測試的船舶條件接近：橫搖：-20°～+20°，周期8s；縱搖：-10°～+10°，周期8s。

圖6 國外產S天線第三船舶條件測試信號圖

就測試條件而言，國外產S天線的測試條件橫搖與測試條件一致，在縱搖幅度上小于測試條件要求，在縱搖周期與測試條件一致。如圖6所示，通過統計圖和統計數據，國外產S天線在基本符合三級船舶條件下，接收信號值變化幅度較大，接收信號值變化幅度在7.0dB到9.5dB之間，高于門限值，多次出現信號突變，易引起通信傳輸誤碼率增大，在圖像傳輸應用中體現為出現馬賽克或一幀圖像暫停。信號值變化沒有規律性是應為船舶試航測試中加入了船舶震動條件，接收性能尚可，天線工作尚穩定。

5.4 船舶實際航行中通信電平信號統計分析

比照船舶條件進行分級測試，是為了掌握在一定的條件下，天線跟蹤性能，小站接收信號值穩定情況，而在實際的運營維護工作中，也可以對已經入網的小站進行電平信號統計分析，圖7就是一個入網的應用船舶小站在船舶航行過程中，運營者進行小站電平信號統計圖，當時船舶在一級船舶條件下，以11節速度航行，天線跟蹤衛星正常，小站接收信號值在8.1dB至9.5dB間，高于門限值一倍，接收性能優良，系統工作穩定。

圖7 國外產S天線實際航行通信電平信號統計圖

6 結束語

近些年來，動中通天線發展很快，市場應用推廣很猛，衛星通信越來越走近著每一個人，船舶通信中衛星通信是主要手段，船載VSAT通信的個性化特點，為用戶量身定做的設計理念，不能放松對動中通天線適應條件的要求，船載VSAT小站天線的接收性能，直接影響著整個小站的入網能力，影響著衛星通信網絡對其提供服務保障，掌握船舶小站天線在網內的接收性能，把握住入網船舶小站天線的指標關，不單單是為一臺船舶小站負責，也是為整個網內的其他用戶小站負責，船載動中通天線的選擇直接影響著通信的品質，直接影響著網內資源的有效應用，直接影響著為運營者的服務質量，根據實際應用情況，做好船載動中通天線的測試工作，才能保障用戶、運營者、設備提供商的共同利益。

[1] 衛星通信系統工程．[美]伊波利托著．孫寶升譯．北京：國防工業出版社.

[2] 衛星通信系統．汪春霆．北京：國防工業出版社.

安達斯亮相BIRTV2014

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啟明星辰獲獎

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愛立信攜手Broadnet

挪威領先的光纖數據通信供應商Broadnet與愛立信簽署了為期5年的網絡轉型協議，愛立信將提供IP路由、光和微波解決方案。該協議延續了雙方自2006年開展的長期合作伙伴關系。按照該協議，愛立信將為B roadnet公司提供一攬子廣泛的產品和服務組合，確保經濟高效和穩健的網絡，以應對當前和未來的市場需求。此協議的第一階段將升級挪威125個城域網。借助對基礎設施的轉型升級，Broadnet能夠簡化網絡管理、降低運營成本、并加速新服務上市。

在IP城域網的轉型方面，愛立信擁有業界領先和面向未來的IP專業技術和產品，譬如愛立信SSR 8000和MINI LINK系列產品組合。這些平臺能提供多層次的可擴展性，如吞吐量、信令和增加高敏感應用的能力等。除了轉型IP城域網，這些平臺還能使Broadnet增加創收的新應用。

The Study of Technical Index of Shipboard VSAT SOTM Antennatesting

Kang Xiaoyong, Yang Xiaojing, Qi Haiyong
(China Transport Telecommunications & In formation Center,Beijing, 100011)

The purpose of this research is toensure the stability of VSAT terminal stations, from VSAT operator’s angle and theaspect of guarantee a stablecommunication link,introduced shipboard satellite communication antennas’ specifications and the electrothermaldetermination of technicaltesting index, illum inated thetesting index of shipboard VSAT SOTM antenna on engineering technical applications, in order to determ ine the choosing of shipboard satellite communication antenna systems, ensuring the stability and reliability of satellite communication link, improving operation and service level.

shipboard satellite communication; Satcom-on-the-Move(SOTM)antenna; antenna performance test

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.09.002

TN 828.5

A

1672-7274（2014）09-0006-05

康小勇，男，高級工程師，現就職于中國交通通信信息中心，從事交通運輸安全應急通信信息技術應用研究工作。