便攜式衛星通信地球站發展綜述

劉麗宏，劉豐凱

(1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；2.中航工業綜合技術研究所基礎能力部，北京 100028)

便攜式衛星通信地球站發展綜述

劉麗宏1，劉豐凱2

(1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；2.中航工業綜合技術研究所基礎能力部，北京 100028)

便攜式衛星通信地球站是衛星通信主要站型之一，不受地理環境和使用空間的影響，能夠快速開通投入使用，便攜站的研究對災害救援、突發事件應急響應等具有重要意義。簡單回顧了便攜站的誕生和發展，在對國外典型設備和國內幾家公司代表產品簡單介紹的基礎上，指出了國內外同類產品的差距。明確了便攜式衛星通信地球站設備更輕、速率更高、更廉價和更便于使用等發展趨勢，在分析衛星通信便攜站使用需求基礎上，給出了國產便攜站下一步研究重點及建議思路，為后續的研究工作提供了參考。

衛星通信；便攜地球站；背負式；箱式

Abstract The portable satellite communication earth station is one of the main satellite communication station types，not affected by geographical environment and application space.It can be rapidly set up and put into operation,having important significance for disaster assistance and emergency response.The paper briefly reviews the generation and development of the portable earth station,and indicates the differences between domestic and foreign similar products on the basis of the simple introduction of representative foreign equipment and representative products of several domestic companies,and identifies that the portable satellite communication earth station has the development trend of light device,high rate,cheap cost and easy operation.Based on the analysis of operation requirements of the portable satellite communication earth station,the next step of research focus and advisable idea for domestic requirement is proposed to provide the reference to the following research work.

Key words satellite communication；portable earth station；man-pack；box-type

0 引言

衛星通信系統的站型按安裝方式分為：固定、車載、船載、機載和便攜[1]，由于便攜式衛星通信地球站具有攜帶方便、安裝開通迅速、使用靈活、結構簡單、體積小和重量輕等特點，以及明顯強于手持式衛星通信終端的通信能力，便攜站在救災[2]、探險、勘探或突發事件等方面得到了廣泛應用。

國內便攜式衛星通信地球站經過多年發展具有了一定的基礎，從設計和使用角度來看，基礎和不足并存。如何在摸清基礎、找準不足的情況下進行便攜站創新優化設計是關鍵問題。摸清基礎方面，重點對現有國內外便攜式衛星通信地球站歷史、現狀和應用需求進行分析，包括對便攜站歷史及發展趨勢進行分析理解；找準國產便攜站不足，重點是準確地識別便攜站發展的關鍵技術。

1 便攜站應用需求分析

便攜站使用場景包括：

① 救災、減災：在災難突然降臨，地面常規通信手段基本損毀[3]，救援人員需攜帶通信設備趕往現場，及時把現場情況反饋到后方救援指揮部，并接收后方的指揮和情報信息；

② 探險和勘探：小分隊使用地點不固定，需要時時與后方保持聯絡，獲取地質、天氣等各種相關的情報信息并發送本地的信息；

③ 突發事件：需要臨時搭建衛星通信系統進行超視距通信。

便攜站適合于臨時性或安裝地點經常變更，地面沒有常規通信手段使用環境，能夠快速、低成本提供數據和話音等多種業務傳輸。用戶的使用需求決定了便攜站設計，需求分析包括用戶傳輸的業務種類、業務傳輸的速率、工作地點和攜帶方式等多方面。

攜帶方式：背負式或箱式。背負式設備單兵背負的重量要求控制在20 kg以內[4]，箱式設備單箱的重量要求控制在40 kg以內。

業務種類決定了便攜站的預留業務接口有幾種，每種有幾個，例如用戶使用IP業務，便攜站需留網口，便攜站應具有相關模塊進行IP業務的接入處理。

業務傳輸的速率應在站型的傳輸能力范圍內，即天線、功放和終端組合形成的傳輸能力。

工作地點要在用戶使用衛星的覆蓋范圍內。

2 便攜站發展歷程及現狀

2.1 發展歷史

由于早期衛星資源的限制，衛星地球站天線口徑非常大，發射功率也要求很高，難以廣泛應用。進入80年代，隨著衛星功率的提高，微處理器、集成電路技術、射頻器件技術以及編碼和調制等數字信號處理技術的成熟，VSAT(Very Small Data Terminal)得以興起。衛星通信的應用開始面向小型用戶并得到了迅速的普及[5]。VSAT系統一般由1～2個大型中心站和幾十到上百個VSAT站組成[6]，中心站的天線口徑Ku頻段2.4 m以上、發射功率在80 W以上，用戶終端的天線口徑不超過1.5 m[7]、發射功率1～2 W左右。VSAT終端具有天線口徑小[8]、設計結構緊密、功耗小、成本低、安裝方便和環境條件無特殊要求的特點[9]。

VSAT技術自20世紀80年代興起，早期的系統主要支持低速數據、傳真和話音等業務，不支持互聯網業務，例如1988年中國廣播衛星公司引進VSI設備建立的VAST系統，該系統制式TDM/SCPC，系統沒有按需分配功能，傳輸聲碼話時延比較大。90年代中期，以美國Hughes公司為代表，推出了TES(Telephony Earth Station)系統和PES(Personal Earth Station)系統，制式為ADPCM/SCPC(DAMA)，系統支持按需分配，開始支持低速互聯網業務。2003年，歐洲電信標準協會ETSI發布了交互信道標準，即DVB-RCS標準[10]，由于DVB-RCS標準的出臺，結束了各個VSAT廠商各自為陣、標準不統一的局面，采用DVB-RCS標準的便攜站逐漸代替普通的VAST站。便攜站從數據業務為主向以互聯網應用為特征的多媒體綜合業務發展[11]，速率從低速發展到中高速，體制從SCPC(PAMA)發展到TDM/MF-TDMA[12]。隨著VSAT技術發展出現了最早的便攜式衛星通信地球站，便攜式衛星通信地球站近20年得到了迅速的發展，下面介紹國內外的幾款便攜式衛星通信設備。

2.2 國外發展現狀

2.2.1 IPT手提箱式衛星終端系統

SWE-DISH公司生產的該系統主要應用于突發事件、遠程新聞采訪/賽事轉播等場合。該系統工作在Ku頻段，集成了數據路由器、調制器、上變頻、高功放、GPS、電子羅盤、高頻頭和天線等組件，天線口徑0.90 m×0.66 m(等效0.8 m拋物面天線)，基于IP的傳輸方式，傳輸速率64 kbps ～2 Mbps，包裝箱尺寸為70 cm×47 cm×31 cm，重量為39 kg(配20 W功放)，采用自動對星方式，開通時間小于5 min，供電采用AC220 V或DC24 V，功耗750 W，工作溫度范圍-20～ +40 ℃，如圖1所示。其特點是集成度高、操作簡單和工藝水平高。

圖1 IPT手提箱式衛星終端系統

2.2.2 SkyWAN? IP FLYAWAY

ND SatCom公司生產的該款衛星通信設備工作在Ku頻段，集成了調制器、上變頻、功放、高頻頭和天線等組件，等效天線口徑為1.0 m，基于IP的傳輸方式，最高傳輸速率2 Mbps，2只包裝箱，尺寸均為70 cm×65 cm×40 cm，重量為47 kg(配15 W功放，不含包裝箱)，采用手動對星方式，對星時間小于5 min，供電采用AC110 V/240 V，功耗430 W(配15 W功放)，工作溫度范圍-30～+50 ℃。其特點是可根據需要靈活選配8～25 W功放。

2.2.3 MPT1000

該產品為ND SatCom公司生產另一款衛星通信設備，工作在Ku頻段，集成了調制器、上變頻、功放、高頻頭和天線等組件，等效天線口徑為1.0 m，基于IP的傳輸方式，傳輸速率64 kbps～8.75 Mbps，2只包裝箱尺寸分別為80 cm×52 cm×31 cm和47 cm×42 cm×21 cm，重量為60 kg(配4 W功放)，采用手動對星方式，開通時間小于15 min，供電采用DC24 V，功耗230 W(配4 W功放)，工作溫度范圍-31～+49 ℃，如圖2所示。其特點是具有較高的傳輸速率，MF-TDMA通信體制，具備組網能力。

圖2 MPT1000

2.2.4 哈里斯公司的1.3m Seeker 終端

哈里斯公司采用一種方法將一個1.3 m 的3 波段(X、Ku、Ka)終端裝到一個可航運、可驗箱體中。這種被稱為“Seeker”的終端帶有RF 電子和衛星調制解調器以及手動天線，重量小于90 磅，可全部裝到一個67 英寸的可航運流線型箱體中。該終端的設計簡單，整體簡潔大方，終端拆卸重裝也很容易。

2.2.5 Tampa Microwave X850MP 便攜式衛星終端

Tampa Microwave公司的VSAT 終端在市場上無疑是最簡單、強大和便捷的，而且外形美觀。該公司發明了一種技術，可將“薄片”(slice)連到一起。“薄片”其實就是調制解調器或射頻包，意味著可以方便地更換任何射頻模塊(改變頻帶或射頻功率輸出)或任何調制解調器模塊(例如，將Radyne 的換成iDirect 的)。這種模塊化和簡單化確是微衛星產業的特點。

2.3 國內發展現狀

2.3.1 ADK3000便攜式天線

北京愛科迪公司的ADK3000天線口徑為0.9 m×0.6 m，包裝箱尺寸為69 cm ×46 cm ×29 cm，重量為35 kg(配16 W功放)，對星時間小于5 min，供電采用AC220 V，總功耗小于500 W，如圖3所示。其特點是安裝簡單、收藏尺寸小[13]。不足之處是工藝水平有待提高。

圖3 AKD3000衛星天線展開

2.3.2 TS-ARK&A1000

TS-ARK&A1000是北京華勝天成信息技術發展有限公司推出的一款便攜自動對星的Ku和Ka頻段衛星通信天線系統，本系統具有自動工作、Ku和Ka共用主面、環境適應性強等特點，主要針對目前國內衛星資源由Ku向Ka過度階段及對設備便攜性要求更為嚴格的用戶而設計。

系統配備等效口徑為1.0 m高性能正饋碳纖維拋物面天線及環焦饋源系統，介質饋源采用一體化結構設計，可配置40 W BUC，能滿足一般用戶中等容量的通信需求。

圖4 TS-ARK&A1000系統工作狀態

整個天線系統由1.0 m反射面系統、饋源系統和座架系統3部分組成[14]，拆裝簡單方便，無需任何工具。TS-ARK&A1000系統可工作在Ku頻段或Ka頻段，通過更換饋源及射頻設備實現，兩頻段共用一套主反射面。Ku頻段工作在線極化方式，Ka頻段即可工作在圓極化也可工作在線極化方式，通過改變饋源安裝位置實現。

2.3.3 Ku頻段FDMA衛星便攜站

中國電子科技集團公司第五十四研究所的Ku頻段FDMA衛星便攜站主要用于車輛不能到達的偏遠地域范圍內的通信保障，也可為政府應急通信部門、新聞媒體和特殊用戶提供輕巧可靠、靈活組網的中低速率衛星通信保障。產品具有以下特點：

① 體積小、重量輕，便于攜帶[15]，可放入背包或航空箱中；

② 功耗低，采用先進的電源管理，滿足野外惡劣條件使用；

③ 作為遠端站可與中心站及其他遠端站間星狀或網狀組網；

④ 支持話音、數據和IP等綜合業務接入[16]；

⑤ 天線：0.9 m、1.2 m拋物面天線，自動或手動；

⑥ 信息速率： 業務信道128 ～ 2 048 kbps。

圖5 Ku頻段FDMA衛星便攜站示意

2.4 國內外便攜站特性對比分析

多個廠家生產的便攜站或便攜天線：天線口徑、對星方式和傳輸速率等主要指標對比如表1所示。

表1 多種便攜站或便攜式天線特性分析表

國外便攜站的工作頻段以Ku頻段為主，對星方式有自動和手動2種，自動對星功耗較大。功放從2～25 W，根據需要選配，終端可單獨設計，也可和天線一體化設計。業務傳輸以IP數據為主。優勢：集成度高、操作簡單、工藝水平高、傳輸速率高(最高速率可達2 Mbps以上)。

國內與國外產品的差距主要表現在：集成度低、操作復雜、傳輸速率低、工藝水平不高。

3 便攜式衛星通信地球站發展趨勢

消費者要求便攜式衛星通信設備更輕、速率更高、更廉價、更便于使用，因此國產便攜式衛通設備的發展趨勢也應朝著小型化、多頻段和模塊化等方向發展。

① 設備小型化：隨著元器件集成度越來越高、處理器能力越來越強，射頻和終端等設備體積和重量將越來越小；

② 一體化設計：天線、射頻、終端一體化設計，小型終端可安裝在天線的底座，小功率射頻模塊可集成安裝在天線上；

③ 多頻段：隨著衛星通信應用的越來越廣泛，原有的頻率資源越來越緊張，向更高的頻段發展就成為趨勢，便攜站具有多頻段能力才能更好適應用戶需求，比如哈里斯公司的1.3 m Seeker 終端具有X、Ku、Ka三頻段通信能力。

④ 模塊化：隨著集成度的提高，設備可做成模塊，比如各種功率/頻率的射頻模塊、各種速率/體制的調制解調器等，Tampa Microwave X850MP 便攜式衛星終端應用了這一技術，可以方便地進行靈活組合，提高了產品的適應性。

⑤ 拆裝方便：便攜站的安裝越來越簡化，由于設備集成度提高，拆卸復雜的部分已可以集成在一起整體安裝，例如天線的饋源網絡和射頻部分可作為一個整體裝配，節省時間，降低安裝難度。

⑥ 操作簡單[17]：由于空間技術、器件技術和計算機技術等取得了巨大的進步，使得衛星通信系統設計和技術應用越來越復雜，系統能力越來越強，便攜站只需配置幾個簡單參數，加入衛星通信網，其他的網絡參數可通過主站下發由系統配置復雜的網絡參數，以系統復雜化換來了應用的簡單化。

⑦ 業務接入采用模塊化設計，根據用戶需求終端配置業務接入模塊減小終端體積。便攜站的業務以IP數據業務為主[18]，兼顧話音和視頻業務[19]。

便攜站設備朝著模塊化、小型化發展，使得整站攜帶方便、安裝開通迅速，便攜站使用頻段的擴展，增加用戶可選的衛星資源范圍，人們使用衛星通信越來越方便。隨著社會進步人們通信需求越來越強烈，在突發性、臨時性這種細分的通信市場，便攜站具有速率高、成本低、傳輸業務種類多的優勢。因此具有廣闊的發展前景[20-21]。

4 結束語

隨著衛星通信技術進步，便攜站功能越來越強，由于其適用范圍廣、安裝使用方便成為衛星通信發展應用方向之一[22]。與國外相比，我國的便攜式衛星通信設備，無論從設計理念還是從技術工藝上都還存在著一定的差距，主要表現在設備集成度低、操作使用繁瑣、傳輸速率不高和工藝水平差等方面，找出差距，吸收國外先進的設計思想，在硬件方面進行關鍵技術突破，提高設備集成度，優化軟件設計簡化操作使用，提高傳輸速率，采用先進工藝提高工藝水平，使得國產便攜站符合國際發展趨勢是提高我國便攜式衛星通信設備水平的有效途徑。

[1] 龐之浩.形形色色的衛星通信地球站[J].現代通信，2002(5):20-23.

[2] 蘇淵.便攜式衛星通信地球站在應急救災中的應用[J].電子科技,2011(11):135-137.

[3] 王毅,張琳化,羅晶波,等.基于便攜站的應急通信系統[J].信息技術,2009(5):88-90.

[4] 洪浩.小型衛星通信地球站一體化設計[J].無線電工程,2013(12):48-50.

[5] 王秉鈞,王少勇,田寶玉,等.現代衛星通信系統[M].北京:電子工業出版社,2004.

[6] 楊運年.VSAT衛星通信網[M].北京:人民郵電出版社,1997.

[7] 丹尼斯·羅迪.衛星通信(第3版)[M].北京:人民郵電出版社,2002.

[8] 呂海寰,蔡劍銘,甘仲民,等.衛星通信系統[M].北京:人民郵電出版社,1994.

[9] 汪春霆,張俊祥,潘申富,等.衛星通信系統[M].北京:國防工業出版社,2012.

[10] 劉麗宏.DVB-RCS系統網絡管理的分析與研究[J].無線電通信技術,2008,34(3):7-9.

[11] 孫晨華,張亞生,何辭,等.計算機網絡與衛星通信網絡融合技術[M].北京:國防工業出版社,2016.

[12] 潘申富,王賽宇,張靜,等.寬帶衛星通信技術[M].北京:國防工業出版社,2015.

[13] 胡正飛,謝繼東,丁彥慶.一種新型便攜式衛星通信地球站系統[J].數字通信世界,2006(6):38-40．

[14] 胡明,王星全,鄭振化,等.衛星便攜站天線自動對星系統的設計與實現[J].現代電子技術,2012(9):25-27.

[15] 李紅英,華煜.一種衛星通信車載/便攜終端的設計[J].機械與電子,2016(8):26-28.

[16] 鐘浩,曾瑩,楊雪勇.一種用于衛星便攜站的數字復接器的設計[J].無線電通信技術,2010,36(6):62-64.

[17] 張春艷,陳文平.便攜產品結構設計研究[J].重慶科技學院學報,2012,14(6):118-120.

[18] 李廣.基于IP的便攜衛星通信終端設計與實現[M].西安:西安電子科技大學,2014．

[19] 李廣,班亞明,趙燕飛.新型便攜式衛星通信終端設計[J].無線電通信技術,2012,38(3):23-25.

[20] 濮迪,馬晶.便攜式衛星通信地球站的應用與發展[J].計算機與網絡,2006,32(14):43-44.

[21] 王煥,姚遠程.衛星通信網絡性能測試系統[J].計算機工程,2010,36(8):105-106.

[22] 李云,周旋,劉期烈,等.衛星通信鏈路性能分析[J].計算機工程與應用,2015,51(12):78-80.

Review on Development of Portable Satellite Communication Earth Station

LIU Li-hong1，LIU Feng-kai2

(1.The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China； 2.AVICChinaAero-polytechnologyEstablishment,Beijing100028,China)

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.08.15

劉麗宏，劉豐凱.便攜式衛星通信地球站發展綜述[J].無線電工程,2017,47(8):62-66.[LIU Lihong，LIU Fengkai.Review on Development of Portable Satellite Communication Earth Station[J].Radio Engineering,2017,47(8):62-66.]

2017-04-01

科學技術部國家重點研發計劃基金資助項目(2016YFB0800301)。

TP927

A

1003-3106(2017)08-0062-05

劉麗宏 女，(1967—)，高級工程師。主要研究方向：衛星通信總體技術。