論VSAT衛星通訊地面站系統設計思路

趙希

【摘要】 VSAT衛星通訊地面站，對于接入型衛星天線及系統的建設，系統設計上需要考慮諸多因素，設計環節還需視系統實際建站情況具體分析。只要設計思路清晰嚴謹，具備理論及數據支撐，便能夠有效的服務于生產建設工作。

【關鍵詞】 VSAT 衛星通訊 設計思路

一、前言

目前VSAT（甚小天線地球站）系統廣泛應用于陸地及海洋多種行業中，作為更為便捷、高效、穩定的通訊手段，尤以災備、應急、救援、指揮、生產、娛樂等應用更為突出，廣泛使用于地面應急指揮中心、偏遠山區、海上鉆采平臺、船舶等環境。衛星通訊具有傳輸距離遠，覆蓋面廣，對地理環境要求不高，建設快等優點，特別適合遠離中心城市地面線路網絡的通訊建設，通過電磁波作為傳輸介質，以同步衛星作為中轉站，快速連接大型中心衛星地面站網絡至遠端，通過衛星調制解調器調制解調載波，實現雙向網絡數據傳輸，進而通過復用實現語音、數據等拓展應用。對于接入型衛星天線及系統的建設，系統設計上需要考慮諸多因素，設計環節還需視系統實際建站情況具體分析。

二、設計思路

衛星通訊地面站的建設及組網，無論是中小型中心站還是遠端站，在設計上，需要滿足如下規范：

《國內衛星通信地球站工程設計規范》（YD 5050-2005）

《國內衛星通信地球站設備安裝工程驗收規范》（YD/ T5017-2005）

《國內衛星通信小型地球站（VSAT）通信系統工程驗收規范》（YD/T5028-2005）

在系統設計思路上，一切設計最終圍繞建站的目的以及使用者的需求進行分析，即使用用戶所需求的網絡帶寬多大，利用衛星鏈路傳輸的網絡上承載什么業務。當了解用戶需求后，設計一個衛星地面站的系統組成，需要考慮的因素有：

1、建設衛星地面站的地理位置，經緯度；

2、使用的衛星資源；

3、設備選取；

4、鏈路計算；

5、線纜選取。

具體來講，當拿到用戶需求后，分析出滿足用戶需求所使用的網絡帶寬，根據建站的地理位置經緯度，查找能夠同時覆蓋接入中心站和建設遠端站的衛星資源，并需要掌握所使用衛星的參數。根據建站地點約束、環境、氣候等選取衛星頻段為C波段或者Ku波段，以及建站使用衛星天線的口徑。通常情況下，使用QPSK的調制方式，2Mbps（上行+下行）衛星頻寬資源，C波段衛星天線2.4米至4.5米口徑或Ku波段1.2米至4.5米口徑天線均滿足使用。

在制定的天線口徑條件下，根據需要使用的衛星與頻寬，使用的調制方式，建站的經緯度作為前提條件，進行鏈路計算。其中需要考慮運行業務上保留3dB功率回退余量，保證衛星鏈路載波傳輸的穩定性。根據鏈路計算，匹配使用衛星功放的功率大小，同時聽取衛星公司的建議選取合適的天線口徑。

此外，還需要根據接入中心站的情況，以及使用的衛星轉發器，確定天線使用的極化方式及極化方向。選取的衛星調制解調器也需要同中心站規格匹配。

線纜的選取是整套衛星地面站系統中最為重要的部分，線纜承載著載波傳輸、系統供電兩個任務，整套系統信號質量是否良好，噪聲余量調節是否富足，全部在于選取合適的傳輸線纜。根據衛星天線功放及低噪聲放大器的匹配，現階段最常用的設備載波傳輸工作在L波段（950-2150MHz）。Ku波段衛星天線，室內至室外敷設的電纜，基本上采用兩根L波段低損電纜作為載波傳輸媒介，一收一發。C波段衛星天線，根據功放送電的需求，還需要額外敷設一根三芯電源線。

即使采用的L波段傳輸的低損耗信號線纜，在傳輸路徑上依然存在損耗，這就需要根據實際室外部分至室內設備之間的線纜長度，選取合適的線纜標號（同軸電纜橫截面積），計算路徑損耗，達到室內外載波傳輸經過線纜路徑的損耗后，依然能夠落入衛星調制解調器使用最大頻帶需求的調解范圍，并保留噪聲余量的目的，使得載波有效傳輸。下面舉一個設計案例，分析系統中信號線纜選取的設計思路。

圖2是一套4.5米口徑C波段中小型中心站系統設計圖，主要展示了整套系統載波傳輸路徑上噪聲損耗的計算。

示例圖中，采用100W收發一體機衛星功放，輸出功率P1dB為49dBm，因該功放具備20dB增益補償，最大增益為69dB。系統中總共含有7臺衛星調制解調器工作，因此采用1：8合路器進行分路接入，衰減損耗9dB。采用的衛星調制解調器，噪聲輸出功率在-40至0dB之間，其最大輸出噪聲功率為0dB。

該系統室內1：8合路器至室外衛星功放之間的距離約為100米，擬定采用安德魯LDF5-50（7/8）低損同軸電纜，該標號線纜100米損耗為5.18dB。為了驗證所選用線纜是否合適，進行系統每調制解調器載波最大允許輸出噪聲功率計算。衛星功放考慮3dBm功率回退余量，調制解調器發射噪聲功率以10dB有效值為基準。因此綜合計算，在1：8合路器下，衛星調制解調器每載波最大允許噪聲功率計算方法為：

49dBm（P1dB）-3dBm（回退余量）-10dB（有效值）-69dB（最大增益）+5.18dB（100米線纜損耗）+9dB（1：8合路器衰減）=-18.82dBm

通過計算得知，案例中衛星調制解調器每載波最大允許噪聲功率完全在調制解調范圍內，且在單個衛星調制解調器上具備約19dB的功率余量，即使衛星功放上行增益回退5dB，衛星調制解調器仍有14dB功率余量，這對于采用QPSK調制、3/4編碼方式將是非常理想的數值，衛星鏈路將會非常穩定。這也就驗證選取的線纜標號非常合適，不會因線路上的衰減影響了載波的傳輸，進而保證了衛星鏈路傳輸的穩定性。

三、衛星地面站建站流程及注意事項

建設衛星地面站如果是在陸地特別是城市中長期使用，需要至相關部門進行備案。影響樓宇等整體結構的建設，需要到當地建設委員會進行備案。衛星地面站具備一定的電磁輻射，還需要至建站當地無線電委員會進行申請備案，提供相應站點相關信息材料，由無線電委員會對站點進行電磁環境檢測，出具合格使用報告后頒發電臺運營執照，此后方可建設衛星地面站。

天線安裝位置選取需保持周圍環境空曠，對預計使用的衛星指向方向上避免樓群等高建筑物的遮擋。天線基礎生根牢固，必須采取相應安全防護措施。室內外設備之間連接的線纜不宜過長，從經濟成本上及施工難度上考慮避免使用過長、過粗信號線纜。特定的環境下，還需要考慮防雷措施及接地的良好性。

四、結語

設計一套VSAT衛星通訊系統方案考慮的因素有很多，但只要設計思路清晰嚴謹，具備理論及數據支撐，便能夠有效的服務于生產建設工作。一套好的系統設計方案能夠使實際應用建設工作更加便捷及高效，使建設后的系統運行更加穩定。