論VSAT衛(wèi)星通訊地面站系統(tǒng)設計思路

趙希

【摘要】 VSAT衛(wèi)星通訊地面站，對于接入型衛(wèi)星天線及系統(tǒng)的建設，系統(tǒng)設計上需要考慮諸多因素，設計環(huán)節(jié)還需視系統(tǒng)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(shù)據(jù)支撐，便能夠有效的服務于生產(chǎn)建設工作。

【關鍵詞】 VSAT 衛(wèi)星通訊 設計思路

一、前言

目前VSAT（甚小天線地球站）系統(tǒng)廣泛應用于陸地及海洋多種行業(yè)中，作為更為便捷、高效、穩(wěn)定的通訊手段，尤以災備、應急、救援、指揮、生產(chǎn)、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(qū)、海上鉆采平臺、船舶等環(huán)境。衛(wèi)星通訊具有傳輸距離遠，覆蓋面廣，對地理環(huán)境要求不高，建設快等優(yōu)點，特別適合遠離中心城市地面線路網(wǎng)絡的通訊建設，通過電磁波作為傳輸介質(zhì)，以同步衛(wèi)星作為中轉(zhuǎn)站，快速連接大型中心衛(wèi)星地面站網(wǎng)絡至遠端，通過衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)載波，實現(xiàn)雙向網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸，進而通過復用實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)等拓展應用。對于接入型衛(wèi)星天線及系統(tǒng)的建設，系統(tǒng)設計上需要考慮諸多因素，設計環(huán)節(jié)還需視系統(tǒng)實際建站情況具體分析。

二、設計思路

衛(wèi)星通訊地面站的建設及組網(wǎng)，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(guī)范：

《國內(nèi)衛(wèi)星通信地球站工程設計規(guī)范》（YD 5050-2005）

《國內(nèi)衛(wèi)星通信地球站設備安裝工程驗收規(guī)范》（YD/ T5017-2005）

《國內(nèi)衛(wèi)星通信小型地球站（VSAT）通信系統(tǒng)工程驗收規(guī)范》（YD/T5028-2005）

在系統(tǒng)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(wǎng)絡帶寬多大，利用衛(wèi)星鏈路傳輸?shù)木W(wǎng)絡上承載什么業(yè)務。當了解用戶需求后，設計一個衛(wèi)星地面站的系統(tǒng)組成，需要考慮的因素有：

1、建設衛(wèi)星地面站的地理位置，經(jīng)緯度；

2、使用的衛(wèi)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(wǎng)絡帶寬，根據(jù)建站的地理位置經(jīng)緯度，查找能夠同時覆蓋接入中心站和建設遠端站的衛(wèi)星資源，并需要掌握所使用衛(wèi)星的參數(shù)。根據(jù)建站地點約束、環(huán)境、氣候等選取衛(wèi)星頻段為C波段或者Ku波段，以及建站使用衛(wèi)星天線的口徑。通常情況下，使用QPSK的調(diào)制方式，2Mbps（上行+下行）衛(wèi)星頻寬資源，C波段衛(wèi)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(jù)需要使用的衛(wèi)星與頻寬，使用的調(diào)制方式，建站的經(jīng)緯度作為前提條件，進行鏈路計算。其中需要考慮運行業(yè)務上保留3dB功率回退余量，保證衛(wèi)星鏈路載波傳輸?shù)姆€(wěn)定性。根據(jù)鏈路計算，匹配使用衛(wèi)星功放的功率大小，同時聽取衛(wèi)星公司的建議選取合適的天線口徑。

此外，還需要根據(jù)接入中心站的情況，以及使用的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，確定天線使用的極化方式及極化方向。選取的衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器也需要同中心站規(guī)格匹配。

線纜的選取是整套衛(wèi)星地面站系統(tǒng)中最為重要的部分，線纜承載著載波傳輸、系統(tǒng)供電兩個任務，整套系統(tǒng)信號質(zhì)量是否良好，噪聲余量調(diào)節(jié)是否富足，全部在于選取合適的傳輸線纜。根據(jù)衛(wèi)星天線功放及低噪聲放大器的匹配，現(xiàn)階段最常用的設備載波傳輸工作在L波段（950-2150MHz）。Ku波段衛(wèi)星天線，室內(nèi)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(fā)。C波段衛(wèi)星天線，根據(jù)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?shù)牡蛽p耗信號線纜，在傳輸路徑上依然存在損耗，這就需要根據(jù)實際室外部分至室內(nèi)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(nèi)外載波傳輸經(jīng)過線纜路徑的損耗后，依然能夠落入衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器使用最大頻帶需求的調(diào)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(tǒng)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(tǒng)設計圖，主要展示了整套系統(tǒng)載波傳輸路徑上噪聲損耗的計算。

示例圖中，采用100W收發(fā)一體機衛(wèi)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(tǒng)中總共含有7臺衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)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(wèi)星調(diào)制解調(diào)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(tǒng)室內(nèi)1：8合路器至室外衛(wèi)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(tǒng)每調(diào)制解調(diào)器載波最大允許輸出噪聲功率計算。衛(wèi)星功放考慮3dBm功率回退余量，調(diào)制解調(diào)器發(fā)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(wèi)星調(diào)制解調(diào)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(wèi)星調(diào)制解調(diào)器每載波最大允許噪聲功率完全在調(diào)制解調(diào)范圍內(nèi)，且在單個衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器上具備約19dB的功率余量，即使衛(wèi)星功放上行增益回退5dB，衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器仍有14dB功率余量，這對于采用QPSK調(diào)制、3/4編碼方式將是非常理想的數(shù)值，衛(wèi)星鏈路將會非常穩(wěn)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(wèi)星鏈路傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

三、衛(wèi)星地面站建站流程及注意事項

建設衛(wèi)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(jié)構(gòu)的建設，需要到當?shù)亟ㄔO委員會進行備案。衛(wèi)星地面站具備一定的電磁輻射，還需要至建站當?shù)責o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(huán)境檢測，出具合格使用報告后頒發(fā)電臺運營執(zhí)照，此后方可建設衛(wèi)星地面站。

天線安裝位置選取需保持周圍環(huán)境空曠，對預計使用的衛(wèi)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(nèi)外設備之間連接的線纜不宜過長，從經(jīng)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(huán)境下，還需要考慮防雷措施及接地的良好性。

四、結(jié)語

設計一套VSAT衛(wèi)星通訊系統(tǒng)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(shù)據(jù)支撐，便能夠有效的服務于生產(chǎn)建設工作。一套好的系統(tǒng)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(tǒng)運行更加穩(wěn)定。