論VSAT衛(wèi)星通訊地面站系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路-第1篇

論VSAT衛(wèi)星通訊地面站系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

趙希【Summary】VSAT衛(wèi)星通訊地面站，對(duì)于接入型衛(wèi)星天線(xiàn)及系統(tǒng)的建設(shè)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上需要考慮諸多因素，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)還需視系統(tǒng)實(shí)際建站情況具體分析。只要設(shè)計(jì)思路清晰嚴(yán)謹(jǐn)，具備理論及數(shù)據(jù)支撐，便能夠有效的服務(wù)于生產(chǎn)建設(shè)工作?！綤ey】VSAT衛(wèi)星通訊設(shè)計(jì)思路一、前言目前VSAT（甚小天線(xiàn)地球站）系統(tǒng)廣泛應(yīng)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(zāi)備、應(yīng)急、救援、指揮、生產(chǎn)、娛樂(lè)等應(yīng)用更為突出，廣泛使用于地面應(yīng)急指揮中心、偏遠(yuǎn)山區(qū)、海上鉆采平臺(tái)、船舶等環(huán)境。衛(wèi)星通訊具有傳輸距離遠(yuǎn)，覆蓋面廣，對(duì)地理環(huán)境要求不高，建設(shè)快等優(yōu)點(diǎn)，特別適合遠(yuǎn)離中心城市地面線(xiàn)路網(wǎng)絡(luò)的通訊建設(shè)，通過(guò)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(luò)至遠(yuǎn)端，通過(guò)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)載波，實(shí)現(xiàn)雙向網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)而通過(guò)復(fù)用實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等拓展應(yīng)用。對(duì)于接入型衛(wèi)星天線(xiàn)及系統(tǒng)的建設(shè)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上需要考慮諸多因素，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)還需視系統(tǒng)實(shí)際建站情況具體分析。二、設(shè)計(jì)思路衛(wèi)星通訊地面站的建設(shè)及組網(wǎng)，無(wú)論是中小型中心站還是遠(yuǎn)端站，在設(shè)計(jì)上，需要滿(mǎn)足如下規(guī)范：《國(guó)內(nèi)衛(wèi)星通信地球站工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（YD5050-2005）《國(guó)內(nèi)衛(wèi)星通信地球站設(shè)備安裝工程驗(yàn)收規(guī)范》（YD/T5017-2005）《國(guó)內(nèi)衛(wèi)星通信小型地球站（VSAT）通信系統(tǒng)工程驗(yàn)收規(guī)范》（YD/T5028-2005）在系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路上，一切設(shè)計(jì)最終圍繞建站的目的以及使用者的需求進(jìn)行分析，即使用用戶(hù)所需求的網(wǎng)絡(luò)帶寬多大，利用衛(wèi)星鏈路傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)上承載什么業(yè)務(wù)。當(dāng)了解用戶(hù)需求后，設(shè)計(jì)一個(gè)衛(wèi)星地面站的系統(tǒng)組成，需要考慮的因素有：1、建設(shè)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(shè)備選??；4、鏈路計(jì)算；5、線(xiàn)纜選取。具體來(lái)講，當(dāng)拿到用戶(hù)需求后，分析出滿(mǎn)足用戶(hù)需求所使用的網(wǎng)絡(luò)帶寬，根據(jù)建站的地理位置經(jīng)緯度，查找能夠同時(shí)覆蓋接入中心站和建設(shè)遠(yuǎn)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(diǎn)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(xiàn)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(xiàn)2.4米至4.5米口徑或Ku波段1.2米至4.5米口徑天線(xiàn)均滿(mǎn)足使用。在制定的天線(xiàn)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(jìn)行鏈路計(jì)算。其中需要考慮運(yùn)行業(yè)務(wù)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(jì)算，匹配使用衛(wèi)星功放的功率大小，同時(shí)聽(tīng)取衛(wèi)星公司的建議選取合適的天線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)纜承載著載波傳輸、系統(tǒng)供電兩個(gè)任務(wù)，整套系統(tǒng)信號(hào)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(xiàn)纜。根據(jù)衛(wèi)星天線(xiàn)功放及低噪聲放大器的匹配，現(xiàn)階段最常用的設(shè)備載波傳輸工作在L波段（950-2150MHz）。Ku波段衛(wèi)星天線(xiàn)，室內(nèi)至室外敷設(shè)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(xiàn)，根據(jù)功放送電的需求，還需要額外敷設(shè)一根三芯電源線(xiàn)。即使采用的L波段傳輸?shù)牡蛽p耗信號(hào)線(xiàn)纜，在傳輸路徑上依然存在損耗，這就需要根據(jù)實(shí)際室外部分至室內(nèi)設(shè)備之間的線(xiàn)纜長(zhǎng)度，選取合適的線(xiàn)纜標(biāo)號(hào)（同軸電纜橫截面積），計(jì)算路徑損耗，達(dá)到室內(nèi)外載波傳輸經(jīng)過(guò)線(xiàn)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(gè)設(shè)計(jì)案例，分析系統(tǒng)中信號(hào)線(xiàn)纜選取的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)圖，主要展示了整套系統(tǒng)載波傳輸路徑上噪聲損耗的計(jì)算。示例圖中，采用100W收發(fā)一體機(jī)衛(wèi)星功放，輸出功率P1dB為49dBm，因該功放具備20dB增益補(bǔ)償，最大增益為69dB。系統(tǒng)中總共含有7臺(tái)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器工作，因此采用1：8合路器進(jìn)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(biāo)號(hào)線(xiàn)纜100米損耗為5.18dB。為了驗(yàn)證所選用線(xiàn)纜是否合適，進(jìn)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(jì)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(zhǔn)。因此綜合計(jì)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(jì)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(xiàn)纜損耗）+9dB（1：8合路器衰減）=-18.82dBm通過(guò)計(jì)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(gè)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(duì)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(huì)非常穩(wěn)定。這也就驗(yàn)證選取的線(xiàn)纜標(biāo)號(hào)非常合適，不會(huì)因線(xiàn)路上的衰減影響了載波的傳輸，進(jìn)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(xiàng)建設(shè)衛(wèi)星地面站如果是在陸地特別是城市中長(zhǎng)期使用，需要至相關(guān)部門(mén)進(jìn)行備案。影響樓宇等整體結(jié)構(gòu)的建設(shè)，需要到當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)委員會(huì)進(jìn)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(dāng)?shù)責(zé)o線(xiàn)電委員會(huì)進(jìn)行申請(qǐng)備案，提供相應(yīng)站點(diǎn)相關(guān)信息材料，由無(wú)線(xiàn)電委員會(huì)對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行電磁環(huán)境檢測(cè)，出具合格使用報(bào)告后頒發(fā)電臺(tái)運(yùn)營(yíng)執(zhí)照，此后方可建設(shè)衛(wèi)星地面站。天線(xiàn)安裝位置選取需保持周?chē)h(huán)境空曠，對(duì)預(yù)計(jì)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(xiàn)基礎(chǔ)生根牢固，必須采取相應(yīng)安全防護(hù)措施。室內(nèi)外設(shè)備之間連接的線(xiàn)纜不宜過(guò)長(zhǎng)，從經(jīng)濟(jì)成本上及施工難度上考慮避免使用過(guò)長(zhǎng)、過(guò)粗信號(hào)線(xiàn)纜。特定的環(huán)境下，還