12.3 航空移动卫星通信业务——设备 C（或Ku）频段收发信机 收发首先经过70MHz中频再变频为射频 L频段收发信机 对于GES，空地通信本身不用L频段，由于GES 与卫星间有多普勒频移，也由于卫星转发器中 本振有较大频率偏移，需要对C(或Ku)频段载 波进行自动频率补偿，因此收发信机需用L频 段“导频” 网络管理（NCP）设备 控制卫星容量分配，建立优先权体制
空管通信系统 电子信息工程学院
12.3 航空移动卫星通信业务——设备 机载地球站AES 组成：天线、卫星数据单元（SDU）、射频单 元（RFU）、高功率放大器（HPA）
61
空管通信系统
电子信息工程学院
62
12.3 航空移动卫星通信业务——设备 卫星数据单元（SDU） 包括调制解调器、纠错编译码器、交织/去交 织器、扰码去扰码器、数据速率切换控制器等 获得基带或中频信号 射频单元（RFU） 包括低功率放大器、滤波器、变频器等 将基带或中频信号变频到射频 高功率放大器（HPA） 射频功放
空管通信系统 电子信息工程学院
12.3 航空移动卫星通信业务——设备 天线 天线类型
• 顶装小型可控型，装在天线罩内 • 顶装相控阵天线 • 装在两侧与机身共形的相控阵天线
天线增益
• 低增益(0dB) • 中增益(6dB) • 高增益(12dB)
63
空管通信系统
电子信息工程学院
64
12.3 航空移动卫星通信业务——设备 网络协调站（NCS） NCS和各GES的接口，目的是管理卫星资源的分配 ，即卫星功率和通信信道在各GES间的分配。
12.3 航空移动卫星通信业务——系统结构与技术 物理层——4种信道 数据信道： • P信道 • R信道 • T信道 话音信道： • C信道
空管通信系统
电子信息工程学院
65
空管通信系统
电子信息工程学院
66
12.3 航空移动卫星通信业务——系统结构与技术 P信道 时分复用分组方式数据信道 仅用于正向(GES到AES)，传送信令和用户数据 Psmc信道----系统管理功能 Pd信道----其他功能
12.3 航空移动卫星通信业务——系统结构与技术 R信道 随机多址存取信道 仅用于反向(AES到GES)，传送信令和小量用户 数据, 以突发方式工作, 多架飞机可以共用一 条R信道。 Rsmc信道----系统管理功能 Rd信道----其他功能
空管通信系统
电子信息工程学院
67
空管通信系统
电子信息工程学院
68
12.3 航空移动卫星通信业务——系统结构与技术 T信道
12.3 航空移动卫星通信业务——系统结构与技术 C信道 按需分配 电路交换方式
预约时分多址信道 仅用于反向 传送较大的报文数据 工作时先用R信道为T信道预约一定数量的时隙
空管通信系统
电子信息工程学院
69
空管通信系统
电子信息工程学院
70
12.3 航空移动卫星通信业务——系统结构与技术 调制方式
信道速率≤2400bps，航空二相相移键控（A-BPSK） 信道速率≥2400bps，航空四相相移键控（A-QPSK）
12.3 航空移动卫星通信业务——机载移动式卫星通信 几种地空通信方式比较 VHF
• 优点：技术成熟，通信质量好，设备资费适中 • 缺点：通信距离近
常用信道间隔 17.5KHz 10KHz 7.5kHz 5.0/2.5kHz 信道编码 卷积码
空管通信系统 电子信息工程学院
HF
• 优点：技术成熟，成本低，通信距离远 • 缺点：通信质量差，不稳定，易受干扰
AMSS
• 优点：技术先进，通信质量好，通信距离远 • 缺点：投资费用高，运行费用高，技术不够成熟
71
空管通信系统 电子信息工程学院
72
第十二章 卫星通信系统
12.4 VAST卫星通信网络 VAST卫星通信网络简介 VAST卫星通信网络的组成 VAST卫星通信网络的网络结构 VAST网络协议 VAST站原理
12.1 卫星通信系统概述 12.2 海事卫星通信系统 12.3 航空移动卫星通信业务 12.4 VAST卫星通信网络 12.5 中国民航C波段卫星通信网络
空管通信系统
电子信息工程学院
73
空管通信系统
电子信息工程学院
74
12.4 VAST卫星通信网络——简介 VSAT卫星通信的基本概念 所谓 VSAT（Very Small Aperture Terminal） 卫星通信网络，其含义是“甚小口径终端”卫 星通信系统。 是指利用大量小口径天线的小型地球站与—个 大站协调工作构成的卫星通信网络。 可以通过它进行单向或双向数据、语音、图像 及其它业务通信。
12.4 VAST卫星通信网络——简介 VSAT卫星通信的基本概念（续） VSAT是卫星通信技术发展的一个重要成果
• 天线口径越来越小
VSAT的另外一种定义
• VSAT是天线典型口径小于2.4m，且适用在用户房顶 或附近简易安装的通过中央站或另一VSAT站能够提 供多种业务的小型地球站。 • 这个定义充分反映了VSAT卫星通信系统的特点。 VSAT系统天线口径小到可直接安装在用户房顶或附 近，并且结合其它先进的技术措施，使其具有独特 的优点。
空管通信系统 电子信息工程学院
空管通信系统
电子信息工程学院
75
76
12.4 VAST卫星通信网络——简介 VSAT的特点 1. 小口径天线，天线口径0.3-2.4m，设备简单， 体积小，重量轻，功耗小，造价低，安装、维 护和操作简便 2. 组网灵活，易扩展和改进 3. 多种业务可以在一个网内并存，适于多种数据 率和多种业务类型：数据、话音、图象等 4. 可建立直接面对用户的直达电路 5. 集成化程度高，VSAT从外表看只有天线、室内 单元(IDU)和室外单元(ODU)三部分
空管通信系统 电子信息工程学院
12.4 VAST卫星通信网络——简介 VSAT的特点（续） 6. 智能化功能强，可无人操作 7. 覆盖范围广，特别适合用户分散、业务量轻 的边远地区和用户终端分布范围广的专用通 信网 8. 互操作性好，采用不同标准的用户可以跨越 不同的地面网而在同一个VSAT网内进行通信
77
空管通信系统
电子信息工程学院
78
12.4 VAST卫星通信网络 VAST卫星通信网络简介 VAST卫星通信网络的组成 VAST卫星通信网络的网络结构 VAST网络协议 VAST站原理
12.4 VAST卫星通信网络——组成 VAST卫星通信系统组成 主站（也叫中央站、中心站、枢纽站）
• 包括网络管理系统
VSAT站（也叫小站）
• 数量众多
通信卫星
• 主要是卫星转发器
空管通信系统
电子信息工程学院
79
空管通信系统
电子信息工程学院
80
12.4 VAST卫星通信网络——组成
12.4 VAST卫星通信网络——组成 主站 VSAT网的核心 它与普通地球站一样，使用大型天线，天线直径 一般约3.5m～8m（Ku波段）或7m～13m（C波段） 主站通常规模做的较大（如天线口径，发射功率 等），功能也比较复杂。 为了提高可靠性，中央站通常还要有备份（站备 份或设备备份）
2W 室 内 单元 VSAT站 VSAT站
室 内 单元
2W
室 内 单元 VSAT站 VSAT站
室 内 单元
RS-232/422/V.35
2W 商用 PABX 4W 室 内 单元 VSAT站
网络 监 控 系统
室 内 单元 中央站
RS-232/422/V.35 主计算机
空管通信系统
电子信息工程学院
81
空管通信系统
电子信息工程学院
82
12.4 VAST卫星通信网络——组成 主站 主站通常与主计算机配置在一起，也可通过地 面线路与主计算机连接。 为了对全网进行监测、控制、管理与维护，在 主站还设有网络监控与管理中心，对全网运行 状态进行监控管理，如监测地球站及主站本身 的工作状况、信道质量、信道分配、统计、记 费等等。
12.4 VAST卫星通信网络——组成 主站的组成
空管通信系统
电子信息工程学院
83
空管通信系统
电子信息工程学院
84
12.4 VAST卫星通信网络——组成 VAST站 安装在VSAT用户处的独立单元。它提供用户终 端设备与卫星信道的接口。 为了降低VSAT站成本，其设计尽量简单，例如 单接收VSAT站不含任何发射设备 VSAT站通常不设备份
12.4 VAST卫星通信网络——组成 VAST站的组成 小口径天线 室外单元ODU（Outdoor Unit）
• 室外单元的组件紧密地集成在一起，其结构防水、 易散热、便于安装，通常设置在天线馈源附近。
室内单元IDU（Indoor Unit）
• 室内外单元之间通常以同轴电缆连接。
空管通信系统
电子信息工程学院
85
空管通信系统
电子信息工程学院
86
12.4 VAST卫星通信网络——简介
12.4 VAST卫星通信网络——组成
空管通信系统
电子信息工程学院
87
空管通信系统
电子信息工程学院
88
12.4 VAST卫星通信网络——组成 VAST系统主站与VAST站的比较 主站发射功率大于VAST站 主站的天线尺寸比VAST站大得多 主站具有网络管理和控制的功能
12.4 VAST卫星通信网络——组成 卫星转发器 一般采用工作于C或Ku波段的同步卫星透明转 发器。在第一代VSAT网中主要采用C波段转发 器，从第二代VSAT开始，以采用Ku波段为主。 卫星转发器造价很高，空间部分设备的经济性 是VSAT网必须考虑的一个重要问题，因此，可 以只租用转发器的一部份，地面终端网可以根 据所租用卫星转发器的能力来设计。
空管通信系统
电子信息工程学院
89
空管通信系统
电子信息工程学院
90
12.4 VAST卫星通信网络——组成 VSAT的工作频段 C频段
• 电波传播条件好、降雨影响小、可靠性高、VAST站 设备简单、可利用地面微波成熟技术、开发容易、 系统费用低。 • 由于与地面微波线路干扰问题，功率通量密度不能 太大，限制了天线尺寸进一步小型化。而且在干扰 密度强的大城市选址困难。C波段通常采用扩频技术 降低功率谱密度，以减小天线尺寸。但采用扩频技 术限制了数据传输速率的提高。
12.4 VAST卫星通信网络——组成 VSAT的工作频段 Ku频段
• 与C频段相比，不存在与地面微波线路互相干扰问题 ，架设时不必考虑地面微波线路而可随地安装。 • 允许的功率通量密度较高，天线尺寸可以更小，传 输速率可更高。 • 天线尺寸一样时，天线增益比C频段高6~10dB。
因此，目前大多数VSAT系统主要采用Ku频段。
抛物面天线增益
空管通信系统 电子信息工程学院
91
空管通信系统
电子信息工程学院
92
12.4 VAST卫星通信网络——组成 VSAT按波段分类 C波段VAST，6/4GHz，一般C频段VSAT站的 天线口径为2.4m、1.8m、1.2m Ku波段VAST，14/12GHz，一般天线口径1m 左右，如1.2m、1m、0.75m、0.6m Ka波段VAST，30/20GHz，天线口径0.6m甚至 更小 在相同的条件下（例如相同的频段、相同的转发 器条件）话音VSAT网的VAST站为了实现VAST 站之间的直接通信，其天线明显大于只与主站通 信的数据VSAT站。
空管通信系统 电子信息工程学院
12.4 VAST卫星通信网络——组成 按照通信方式，VSAT系统可分为单向和双向VSAT 系统。 单向VSAT系统 VSAT只具有单向传输功能。 一般是单向接收，如数据广播系统。图像和数 据等信号从主站传输到许多单收VSAT终端。如 证券公司的数据信息发布系统。 也有单向发送，数据采集系统，比如新闻数据 采集系统，气象数据采集系统。
93
空管通信系统
电子信息工程学院
94
12.4 VAST卫星通信网络——组成
12.4 VAST卫星通信网络——组成
单向VSAT数据广播系统
空管通信系统 电子信息工程学院
单向VSAT新闻数据采集系统
95
空管通信系统 电子信息工程学院
96
12.4 VAST卫星通信网络——组成 双向VSAT系统 VSAT与主站，或VSAT与VSAT之间可进行交互通 信，它由主站控制许多VSAT终端来提供数据传 输、语音和传真等业务。 如电话传输用的VSAT系统。 主战（中心站）发送给VSAT的信号称为外向 (outbound)传输或出境。 VSAT发送给主站（中心站）的信号称为内向 (inbound)传输或入境。
12.4 VAST卫星通信网络——组成
通信卫星
向 )
)
出
境
(外
入
境
(内
向
中央地球站 双向VSAT系统
VSAT用户小站
空管通信系统
电子信息工程学院
97
空管通信系统
电子信息工程学院
98
12.4 VAST卫星通信网络 VAST卫星通信网络简介 VAST卫星通信网络的组成 VAST卫星通信网络的网络结构 VAST网络协议 VAST站原理
12.4 VAST卫星通信网络——网络结构 VSAT网的网络结构
a. b. c. d. 广播式点到多点--单向星状 双向交互式--双向星状 点到点式--双向网状 混合型--双向网状网络结构
（a） 主站
（b） VSAT站
（c） 业务信道
（d） 控制信道
空管通信系统
电子信息工程学院
99
空管通信系统
电子信息工程学院
100
12.4 VAST卫星通信网络——网络结构 实际的VSAT卫星通信网络常用混合型的网络拓扑 结构 在星状网络中，各VSAT地球站都是直接与主站发 生联系，而各VSAT地球站之间是不能经通信卫星 直接进行通信的。必要时须经主站转发，才能进 行连接和通信。
12.4 VAST卫星通信网络——网络结构 根据经过卫星转发器的转发次数，又分为单跳和 双跳体系结构。
远端站1 中央站 （或网控NCS站） VSAT站 VSAT站
远端站2 远端站N 远端站N 由VSAT站到中央站 (a)
中央站 （或网控NCS站） 由中央站到VSAT站 (b)
(a)广播式点到多点--单向星状（单跳） (b)双向交互式--双向星状（双跳） 星状网络拓扑结构单跳和双跳体系结构示意图
空管通信系统 电子信息工程学院
101
空管通信系统
电子信息工程学院
102
12.4 VAST卫星通信网络——网络结构 双跳体系结构中，各VSAT地球站之间一般都是通过 主站间接地进行通信。 这种网络结构，由于一条通信线路要经过两跳的延 迟，因而，对于要求实时的话音业务来说，是不适 用的，而只适用于记录话音业务和数据业务。
12.4 VAST卫星通信网络——网络结构
VSAT站
VSAT站
VSAT站
VSAT站
VSAT站
网控(NCS)站 业务信道 (a)
VSAT站 入向控制信道 (b)
中央站(网控NCS站) 出向控制信道
(a)点到点式--双向网状 (b)混合型--双向网状 网状网络拓扑结构中单跳和单跳与双跳相结合体系结构示意图
空管通信系统 电子信息工程学院
103
空管通信系统
电子信息工程学院
104
12.4 VAST卫星通信网络——网络结构 在网状网络中，任何两个VSAT地球站之间都是单 跳结构，因而它们可以直接进行通信。但是必须 利用一个主站控制与管理网络内各地球站的活动 ，并按需分配信道。 显然，单跳星状结构是最简单的网络结构，而网 状网络结构则是最复杂的网络结构，它具有全连 接特性，并能按需分配卫星信道。
12.4 VAST卫星通信网络——网络结构 混合网络结构 一种单跳与双跳相结合的混合网络结构 网络的信道分配、网络的监测管理与控制等由 主站负责 但是通信不经主站连接。 从网络结构来说，数据和话音信道是网状网， 控制信道是星状网
空管通信系统
电子信息工程学院
105
空管通信系统
电子信息工程学院
106
12.4 VAST卫星通信网络 VAST卫星通信网络简介 VAST卫星通信网络的组成 VAST卫星通信网络的网络结构 VAST网络协议 VAST站原理
12.4 VAST卫星通信网络——网络协议 频分多址(FDMA) 在VSAT系统中用的最多的是单载波单路SPSC， 即每一个小站分配一个信道。特别是在以传输 话音业务为主的VSAT系统中，大量采用SCPC方 式，与按需分配相结合，可以大大提高卫星信 道利用率。 典型代表为美国休斯公司的话音地球站（TES, Telephony Earth Station）系统 。
空管通信系统
电子信息工程学院
107
空管通信系统
电子信息工程学院
108
12.4 VAST卫星通信网络——网络协议 时分多址(TDMA) 此体制特别适合于网络容量大、地球站少的情 况。它的缺点是随着地面站数目的增加，将导 致延迟增长很快。VSAT这种站数多的系统单纯 使用TDMA方式是不合理的。 VSAT系统中，TDMA是与FDMA以及频率跳变结合 在一起共同发挥优势，即FDMA-TDMA方式。避 免使用较大的TDMA载波，降低了小站发射功率 和成本。 典型代表为日本NEC公司的NEXTAR系统。
空管通信系统 电子信息工程学院
12.4 VAST卫星通信网络——网络协议 码分多址(CDMA) 适用于传输速率较低的业务，用于较小的系统 ，尤其是军用通信系统，也可用于广播式系统 中。 主要用于C波段，常用方案是直接序列扩频 (DSSS)。 典型代表为GTE spacenet公司的产品，其数据 广播采用CDMA方式。
109
空管通信系统
电子信息工程学院
110
12.4 VAST卫星通信网络——网络协议 随机多址(RA) 主要用于突发型信息业务，应用广泛。 P-ALOHA方式下的系统成本与复杂性最低，实 现最为容易，但它的吞吐量低，只适用于短信 息的处理； S-ALOHA因为需要全网同步，所以其系统成本 与复杂性较高，但其吞吐量也很大，适用于定 长的信息； SREJ-ALOHA的系统成本与复杂性较低，吞吐量 性能也很好，非常适合于传输短或中等的变长 信息数据。
空管通信系统 电子信息工程学院
12.4 VAST卫星通信网络 VAST卫星通信网络简介 VAST卫星通信网络的组成 VAST卫星通信网络的网络结构 VAST网络协议 VAST站原理
111
空管通信系统
电子信息工程学院
112
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理 VSAT站原理
VSAT站组成基本框图如下图所示。在这里小口径天线 、 ODU、 IDU三个部分合在一起按设备进行讲解。
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理
天馈设备 功能
• 将发射机送来的射频信号变为对准卫星的定向电磁波 • 收集卫星发来的电磁波，将其转变成电信号送到接收设备
天线
空管通信系统
ODU
IDU
电子信息工程学院
113
空管通信系统
电子信息工程学院
114
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理
天馈设备 主要组成
• 双工器
–通常，地球站的天线是收、发共用的，为了使收、发信号隔离， 因此，需要接入双工器，也称为收、发转换开关。
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理
抛物面天线
由馈源和反射器组成。反射器是一个旋转抛物线形成的抛物面，馈 源的相位中心位于抛物面的焦点。 抛物面天线结构简单，容易调整，增益和效率适中。其缺点是，当 天线仰角较小时，地面噪声很容易从反射器边缘进入馈源(此时， 馈源喇叭对着地面) 。
• 馈线
–从双工器到收、发信机之间有一定长度的馈线连接，它起传输能 量的作用。
• 天线跟踪设备
–为了使天线的波束对准卫星，对于大型标准的地球站，通常还应 该有天线跟踪设备。
• 天线
–由于地球站通常工作在微波波段，因此地球站天线通常是面天线 。小型地球站常采用“偏馈天线”，也可采用“抛物面天线”和 “卡塞格伦天线”。
空管通信系统 电子信息工程学院
115
空管通信系统
电子信息工程学院
116
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理
卡塞格伦天线
由馈源、抛物面主反射器和双曲面副反射器构成。馈源的“等效 辐射中心”与副反射器的共轭焦点 F1相重合。 卡塞格伦天线有许多优点，首先是因为馈源位于主反射器的顶点 附近，馈线短，损耗小，且馈源能安装得较稳定，有助于形成指 向准确的高增益窄波束天线。其次是地面噪声不易进入馈源（因 馈源指向天空）而形成干扰，因此噪声温度很低。
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理
偏馈天线
主反射面
天线口面俯视图
馈源
馈源阴影
空管通信系统
电子信息工程学院
117
空管通信系统
电子信息工程学院
118
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理
偏馈天线 馈源的放置位置偏离天线反射面的几何对称轴 消除了其它形式天线中馈源喇叭或副反射器及其支撑 结构所引起的遮挡效应 再加上反射面的优化设计，偏馈天线具有效率高、旁 瓣电平低等特点。 与普遍抛物面天线相比较，在相同仰角下，偏馈天线 的馈源以较高的仰角指向天空，因而地面反射噪声较 小。 偏馈天线发射面一般为圆形，但休斯网络系统公司 (HNS)的 VSAT系统中，当天线口径在1m以下(含 lm)时 ，采用矩形反射面。
空管通信系统 电子信息工程学院
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理
馈线设备 在收、发共用天线的系统中，馈线设备除包括波导外， 主要是一个双工器。它起传输能量和分离收、发信号的 作用。 收、发信号的分离是利用频率和极化方式不同来完成的 上行载波频率和下行载波频率是不相等的，因此可利用 滤波器实现信号的分离。
119
空管通信系统
电子信息工程学院
120
12.3 航空移动卫星通信业务——设备 C（或Ku）频段收发信机 收发首先经过70MHz中频再变频为射频 L频段收发信机 对于GES，空地通信本身不用L频段，由于GES 与卫星间有多普勒频移，也由于卫星转发器中 本振有较大频率偏移，需要对C(或Ku)频段载 波进行自动频率补偿，因此收发信机需用L频 段“导频” 网络管理（NCP）设备 控制卫星容量分配，建立优先权体制
空管通信系统 电子信息工程学院
12.3 航空移动卫星通信业务——设备 机载地球站AES 组成：天线、卫星数据单元（SDU）、射频单 元（RFU）、高功率放大器（HPA）
61
空管通信系统
电子信息工程学院
62
12.3 航空移动卫星通信业务——设备 卫星数据单元（SDU） 包括调制解调器、纠错编译码器、交织/去交 织器、扰码去扰码器、数据速率切换控制器等 获得基带或中频信号 射频单元（RFU） 包括低功率放大器、滤波器、变频器等 将基带或中频信号变频到射频 高功率放大器（HPA） 射频功放
空管通信系统 电子信息工程学院
12.3 航空移动卫星通信业务——设备 天线 天线类型
• 顶装小型可控型，装在天线罩内 • 顶装相控阵天线 • 装在两侧与机身共形的相控阵天线
天线增益
• 低增益(0dB) • 中增益(6dB) • 高增益(12dB)
63
空管通信系统
电子信息工程学院
64
12.3 航空移动卫星通信业务——设备 网络协调站（NCS） NCS和各GES的接口，目的是管理卫星资源的分配 ，即卫星功率和通信信道在各GES间的分配。
12.3 航空移动卫星通信业务——系统结构与技术 物理层——4种信道 数据信道： • P信道 • R信道 • T信道 话音信道： • C信道
空管通信系统
电子信息工程学院
65
空管通信系统
电子信息工程学院
66
12.3 航空移动卫星通信业务——系统结构与技术 P信道 时分复用分组方式数据信道 仅用于正向(GES到AES)，传送信令和用户数据 Psmc信道----系统管理功能 Pd信道----其他功能
12.3 航空移动卫星通信业务——系统结构与技术 R信道 随机多址存取信道 仅用于反向(AES到GES)，传送信令和小量用户 数据, 以突发方式工作, 多架飞机可以共用一 条R信道。 Rsmc信道----系统管理功能 Rd信道----其他功能
空管通信系统
电子信息工程学院
67
空管通信系统
电子信息工程学院
68
12.3 航空移动卫星通信业务——系统结构与技术 T信道
12.3 航空移动卫星通信业务——系统结构与技术 C信道 按需分配 电路交换方式
预约时分多址信道 仅用于反向 传送较大的报文数据 工作时先用R信道为T信道预约一定数量的时隙
空管通信系统
电子信息工程学院
69
空管通信系统
电子信息工程学院
70
12.3 航空移动卫星通信业务——系统结构与技术 调制方式
信道速率≤2400bps，航空二相相移键控（A-BPSK） 信道速率≥2400bps，航空四相相移键控（A-QPSK）
12.3 航空移动卫星通信业务——机载移动式卫星通信 几种地空通信方式比较 VHF
• 优点：技术成熟，通信质量好，设备资费适中 • 缺点：通信距离近
常用信道间隔 17.5KHz 10KHz 7.5kHz 5.0/2.5kHz 信道编码 卷积码
空管通信系统 电子信息工程学院
HF
• 优点：技术成熟，成本低，通信距离远 • 缺点：通信质量差，不稳定，易受干扰
AMSS
• 优点：技术先进，通信质量好，通信距离远 • 缺点：投资费用高，运行费用高，技术不够成熟
71
空管通信系统 电子信息工程学院
72
第十二章 卫星通信系统
12.4 VAST卫星通信网络 VAST卫星通信网络简介 VAST卫星通信网络的组成 VAST卫星通信网络的网络结构 VAST网络协议 VAST站原理
12.1 卫星通信系统概述 12.2 海事卫星通信系统 12.3 航空移动卫星通信业务 12.4 VAST卫星通信网络 12.5 中国民航C波段卫星通信网络
空管通信系统
电子信息工程学院
73
空管通信系统
电子信息工程学院
74
12.4 VAST卫星通信网络——简介 VSAT卫星通信的基本概念 所谓 VSAT（Very Small Aperture Terminal） 卫星通信网络，其含义是“甚小口径终端”卫 星通信系统。 是指利用大量小口径天线的小型地球站与—个 大站协调工作构成的卫星通信网络。 可以通过它进行单向或双向数据、语音、图像 及其它业务通信。
12.4 VAST卫星通信网络——简介 VSAT卫星通信的基本概念（续） VSAT是卫星通信技术发展的一个重要成果
• 天线口径越来越小
VSAT的另外一种定义
• VSAT是天线典型口径小于2.4m，且适用在用户房顶 或附近简易安装的通过中央站或另一VSAT站能够提 供多种业务的小型地球站。 • 这个定义充分反映了VSAT卫星通信系统的特点。 VSAT系统天线口径小到可直接安装在用户房顶或附 近，并且结合其它先进的技术措施，使其具有独特 的优点。
空管通信系统 电子信息工程学院
空管通信系统
电子信息工程学院
75
76
12.4 VAST卫星通信网络——简介 VSAT的特点 1. 小口径天线，天线口径0.3-2.4m，设备简单， 体积小，重量轻，功耗小，造价低，安装、维 护和操作简便 2. 组网灵活，易扩展和改进 3. 多种业务可以在一个网内并存，适于多种数据 率和多种业务类型：数据、话音、图象等 4. 可建立直接面对用户的直达电路 5. 集成化程度高，VSAT从外表看只有天线、室内 单元(IDU)和室外单元(ODU)三部分
空管通信系统 电子信息工程学院
12.4 VAST卫星通信网络——简介 VSAT的特点（续） 6. 智能化功能强，可无人操作 7. 覆盖范围广，特别适合用户分散、业务量轻 的边远地区和用户终端分布范围广的专用通 信网 8. 互操作性好，采用不同标准的用户可以跨越 不同的地面网而在同一个VSAT网内进行通信
77
空管通信系统
电子信息工程学院
78
12.4 VAST卫星通信网络 VAST卫星通信网络简介 VAST卫星通信网络的组成 VAST卫星通信网络的网络结构 VAST网络协议 VAST站原理
12.4 VAST卫星通信网络——组成 VAST卫星通信系统组成 主站（也叫中央站、中心站、枢纽站）
• 包括网络管理系统
VSAT站（也叫小站）
• 数量众多
通信卫星
• 主要是卫星转发器
空管通信系统
电子信息工程学院
79
空管通信系统
电子信息工程学院
80
12.4 VAST卫星通信网络——组成
12.4 VAST卫星通信网络——组成 主站 VSAT网的核心 它与普通地球站一样，使用大型天线，天线直径 一般约3.5m～8m（Ku波段）或7m～13m（C波段） 主站通常规模做的较大（如天线口径，发射功率 等），功能也比较复杂。 为了提高可靠性，中央站通常还要有备份（站备 份或设备备份）
2W 室 内 单元 VSAT站 VSAT站
室 内 单元
2W
室 内 单元 VSAT站 VSAT站
室 内 单元
RS-232/422/V.35
2W 商用 PABX 4W 室 内 单元 VSAT站
网络 监 控 系统
室 内 单元 中央站
RS-232/422/V.35 主计算机
空管通信系统
电子信息工程学院
81
空管通信系统
电子信息工程学院
82
12.4 VAST卫星通信网络——组成 主站 主站通常与主计算机配置在一起，也可通过地 面线路与主计算机连接。 为了对全网进行监测、控制、管理与维护，在 主站还设有网络监控与管理中心，对全网运行 状态进行监控管理，如监测地球站及主站本身 的工作状况、信道质量、信道分配、统计、记 费等等。
12.4 VAST卫星通信网络——组成 主站的组成
空管通信系统
电子信息工程学院
83
空管通信系统
电子信息工程学院
84
12.4 VAST卫星通信网络——组成 VAST站 安装在VSAT用户处的独立单元。它提供用户终 端设备与卫星信道的接口。 为了降低VSAT站成本，其设计尽量简单，例如 单接收VSAT站不含任何发射设备 VSAT站通常不设备份
12.4 VAST卫星通信网络——组成 VAST站的组成 小口径天线 室外单元ODU（Outdoor Unit）
• 室外单元的组件紧密地集成在一起，其结构防水、 易散热、便于安装，通常设置在天线馈源附近。
室内单元IDU（Indoor Unit）
• 室内外单元之间通常以同轴电缆连接。
空管通信系统
电子信息工程学院
85
空管通信系统
电子信息工程学院
86
12.4 VAST卫星通信网络——简介
12.4 VAST卫星通信网络——组成
空管通信系统
电子信息工程学院
87
空管通信系统
电子信息工程学院
88
12.4 VAST卫星通信网络——组成 VAST系统主站与VAST站的比较 主站发射功率大于VAST站 主站的天线尺寸比VAST站大得多 主站具有网络管理和控制的功能
12.4 VAST卫星通信网络——组成 卫星转发器 一般采用工作于C或Ku波段的同步卫星透明转 发器。在第一代VSAT网中主要采用C波段转发 器，从第二代VSAT开始，以采用Ku波段为主。 卫星转发器造价很高，空间部分设备的经济性 是VSAT网必须考虑的一个重要问题，因此，可 以只租用转发器的一部份，地面终端网可以根 据所租用卫星转发器的能力来设计。
空管通信系统
电子信息工程学院
89
空管通信系统
电子信息工程学院
90
12.4 VAST卫星通信网络——组成 VSAT的工作频段 C频段
• 电波传播条件好、降雨影响小、可靠性高、VAST站 设备简单、可利用地面微波成熟技术、开发容易、 系统费用低。 • 由于与地面微波线路干扰问题，功率通量密度不能 太大，限制了天线尺寸进一步小型化。而且在干扰 密度强的大城市选址困难。C波段通常采用扩频技术 降低功率谱密度，以减小天线尺寸。但采用扩频技 术限制了数据传输速率的提高。
12.4 VAST卫星通信网络——组成 VSAT的工作频段 Ku频段
• 与C频段相比，不存在与地面微波线路互相干扰问题 ，架设时不必考虑地面微波线路而可随地安装。 • 允许的功率通量密度较高，天线尺寸可以更小，传 输速率可更高。 • 天线尺寸一样时，天线增益比C频段高6~10dB。
因此，目前大多数VSAT系统主要采用Ku频段。
抛物面天线增益
空管通信系统 电子信息工程学院
91
空管通信系统
电子信息工程学院
92
12.4 VAST卫星通信网络——组成 VSAT按波段分类 C波段VAST，6/4GHz，一般C频段VSAT站的 天线口径为2.4m、1.8m、1.2m Ku波段VAST，14/12GHz，一般天线口径1m 左右，如1.2m、1m、0.75m、0.6m Ka波段VAST，30/20GHz，天线口径0.6m甚至 更小 在相同的条件下（例如相同的频段、相同的转发 器条件）话音VSAT网的VAST站为了实现VAST 站之间的直接通信，其天线明显大于只与主站通 信的数据VSAT站。
空管通信系统 电子信息工程学院
12.4 VAST卫星通信网络——组成 按照通信方式，VSAT系统可分为单向和双向VSAT 系统。 单向VSAT系统 VSAT只具有单向传输功能。 一般是单向接收，如数据广播系统。图像和数 据等信号从主站传输到许多单收VSAT终端。如 证券公司的数据信息发布系统。 也有单向发送，数据采集系统，比如新闻数据 采集系统，气象数据采集系统。
93
空管通信系统
电子信息工程学院
94
12.4 VAST卫星通信网络——组成
12.4 VAST卫星通信网络——组成
单向VSAT数据广播系统
空管通信系统 电子信息工程学院
单向VSAT新闻数据采集系统
95
空管通信系统 电子信息工程学院
96
12.4 VAST卫星通信网络——组成 双向VSAT系统 VSAT与主站，或VSAT与VSAT之间可进行交互通 信，它由主站控制许多VSAT终端来提供数据传 输、语音和传真等业务。 如电话传输用的VSAT系统。 主战（中心站）发送给VSAT的信号称为外向 (outbound)传输或出境。 VSAT发送给主站（中心站）的信号称为内向 (inbound)传输或入境。
12.4 VAST卫星通信网络——组成
通信卫星
向 )
)
出
境
(外
入
境
(内
向
中央地球站 双向VSAT系统
VSAT用户小站
空管通信系统
电子信息工程学院
97
空管通信系统
电子信息工程学院
98
12.4 VAST卫星通信网络 VAST卫星通信网络简介 VAST卫星通信网络的组成 VAST卫星通信网络的网络结构 VAST网络协议 VAST站原理
12.4 VAST卫星通信网络——网络结构 VSAT网的网络结构
a. b. c. d. 广播式点到多点--单向星状 双向交互式--双向星状 点到点式--双向网状 混合型--双向网状网络结构
（a） 主站
（b） VSAT站
（c） 业务信道
（d） 控制信道
空管通信系统
电子信息工程学院
99
空管通信系统
电子信息工程学院
100
12.4 VAST卫星通信网络——网络结构 实际的VSAT卫星通信网络常用混合型的网络拓扑 结构 在星状网络中，各VSAT地球站都是直接与主站发 生联系，而各VSAT地球站之间是不能经通信卫星 直接进行通信的。必要时须经主站转发，才能进 行连接和通信。
12.4 VAST卫星通信网络——网络结构 根据经过卫星转发器的转发次数，又分为单跳和 双跳体系结构。
远端站1 中央站 （或网控NCS站） VSAT站 VSAT站
远端站2 远端站N 远端站N 由VSAT站到中央站 (a)
中央站 （或网控NCS站） 由中央站到VSAT站 (b)
(a)广播式点到多点--单向星状（单跳） (b)双向交互式--双向星状（双跳） 星状网络拓扑结构单跳和双跳体系结构示意图
空管通信系统 电子信息工程学院
101
空管通信系统
电子信息工程学院
102
12.4 VAST卫星通信网络——网络结构 双跳体系结构中，各VSAT地球站之间一般都是通过 主站间接地进行通信。 这种网络结构，由于一条通信线路要经过两跳的延 迟，因而，对于要求实时的话音业务来说，是不适 用的，而只适用于记录话音业务和数据业务。
12.4 VAST卫星通信网络——网络结构
VSAT站
VSAT站
VSAT站
VSAT站
VSAT站
网控(NCS)站 业务信道 (a)
VSAT站 入向控制信道 (b)
中央站(网控NCS站) 出向控制信道
(a)点到点式--双向网状 (b)混合型--双向网状 网状网络拓扑结构中单跳和单跳与双跳相结合体系结构示意图
空管通信系统 电子信息工程学院
103
空管通信系统
电子信息工程学院
104
12.4 VAST卫星通信网络——网络结构 在网状网络中，任何两个VSAT地球站之间都是单 跳结构，因而它们可以直接进行通信。但是必须 利用一个主站控制与管理网络内各地球站的活动 ，并按需分配信道。 显然，单跳星状结构是最简单的网络结构，而网 状网络结构则是最复杂的网络结构，它具有全连 接特性，并能按需分配卫星信道。
12.4 VAST卫星通信网络——网络结构 混合网络结构 一种单跳与双跳相结合的混合网络结构 网络的信道分配、网络的监测管理与控制等由 主站负责 但是通信不经主站连接。 从网络结构来说，数据和话音信道是网状网， 控制信道是星状网
空管通信系统
电子信息工程学院
105
空管通信系统
电子信息工程学院
106
12.4 VAST卫星通信网络 VAST卫星通信网络简介 VAST卫星通信网络的组成 VAST卫星通信网络的网络结构 VAST网络协议 VAST站原理
12.4 VAST卫星通信网络——网络协议 频分多址(FDMA) 在VSAT系统中用的最多的是单载波单路SPSC， 即每一个小站分配一个信道。特别是在以传输 话音业务为主的VSAT系统中，大量采用SCPC方 式，与按需分配相结合，可以大大提高卫星信 道利用率。 典型代表为美国休斯公司的话音地球站（TES, Telephony Earth Station）系统 。
空管通信系统
电子信息工程学院
107
空管通信系统
电子信息工程学院
108
12.4 VAST卫星通信网络——网络协议 时分多址(TDMA) 此体制特别适合于网络容量大、地球站少的情 况。它的缺点是随着地面站数目的增加，将导 致延迟增长很快。VSAT这种站数多的系统单纯 使用TDMA方式是不合理的。 VSAT系统中，TDMA是与FDMA以及频率跳变结合 在一起共同发挥优势，即FDMA-TDMA方式。避 免使用较大的TDMA载波，降低了小站发射功率 和成本。 典型代表为日本NEC公司的NEXTAR系统。
空管通信系统 电子信息工程学院
12.4 VAST卫星通信网络——网络协议 码分多址(CDMA) 适用于传输速率较低的业务，用于较小的系统 ，尤其是军用通信系统，也可用于广播式系统 中。 主要用于C波段，常用方案是直接序列扩频 (DSSS)。 典型代表为GTE spacenet公司的产品，其数据 广播采用CDMA方式。
109
空管通信系统
电子信息工程学院
110
12.4 VAST卫星通信网络——网络协议 随机多址(RA) 主要用于突发型信息业务，应用广泛。 P-ALOHA方式下的系统成本与复杂性最低，实 现最为容易，但它的吞吐量低，只适用于短信 息的处理； S-ALOHA因为需要全网同步，所以其系统成本 与复杂性较高，但其吞吐量也很大，适用于定 长的信息； SREJ-ALOHA的系统成本与复杂性较低，吞吐量 性能也很好，非常适合于传输短或中等的变长 信息数据。
空管通信系统 电子信息工程学院
12.4 VAST卫星通信网络 VAST卫星通信网络简介 VAST卫星通信网络的组成 VAST卫星通信网络的网络结构 VAST网络协议 VAST站原理
111
空管通信系统
电子信息工程学院
112
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理 VSAT站原理
VSAT站组成基本框图如下图所示。在这里小口径天线 、 ODU、 IDU三个部分合在一起按设备进行讲解。
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理
天馈设备 功能
• 将发射机送来的射频信号变为对准卫星的定向电磁波 • 收集卫星发来的电磁波，将其转变成电信号送到接收设备
天线
空管通信系统
ODU
IDU
电子信息工程学院
113
空管通信系统
电子信息工程学院
114
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理
天馈设备 主要组成
• 双工器
–通常，地球站的天线是收、发共用的，为了使收、发信号隔离， 因此，需要接入双工器，也称为收、发转换开关。
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理
抛物面天线
由馈源和反射器组成。反射器是一个旋转抛物线形成的抛物面，馈 源的相位中心位于抛物面的焦点。 抛物面天线结构简单，容易调整，增益和效率适中。其缺点是，当 天线仰角较小时，地面噪声很容易从反射器边缘进入馈源(此时， 馈源喇叭对着地面) 。
• 馈线
–从双工器到收、发信机之间有一定长度的馈线连接，它起传输能 量的作用。
• 天线跟踪设备
–为了使天线的波束对准卫星，对于大型标准的地球站，通常还应 该有天线跟踪设备。
• 天线
–由于地球站通常工作在微波波段，因此地球站天线通常是面天线 。小型地球站常采用“偏馈天线”，也可采用“抛物面天线”和 “卡塞格伦天线”。
空管通信系统 电子信息工程学院
115
空管通信系统
电子信息工程学院
116
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理
卡塞格伦天线
由馈源、抛物面主反射器和双曲面副反射器构成。馈源的“等效 辐射中心”与副反射器的共轭焦点 F1相重合。 卡塞格伦天线有许多优点，首先是因为馈源位于主反射器的顶点 附近，馈线短，损耗小，且馈源能安装得较稳定，有助于形成指 向准确的高增益窄波束天线。其次是地面噪声不易进入馈源（因 馈源指向天空）而形成干扰，因此噪声温度很低。
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理
偏馈天线
主反射面
天线口面俯视图
馈源
馈源阴影
空管通信系统
电子信息工程学院
117
空管通信系统
电子信息工程学院
118
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理
偏馈天线 馈源的放置位置偏离天线反射面的几何对称轴 消除了其它形式天线中馈源喇叭或副反射器及其支撑 结构所引起的遮挡效应 再加上反射面的优化设计，偏馈天线具有效率高、旁 瓣电平低等特点。 与普遍抛物面天线相比较，在相同仰角下，偏馈天线 的馈源以较高的仰角指向天空，因而地面反射噪声较 小。 偏馈天线发射面一般为圆形，但休斯网络系统公司 (HNS)的 VSAT系统中，当天线口径在1m以下(含 lm)时 ，采用矩形反射面。
空管通信系统 电子信息工程学院
12.4 VAST卫星通信网络——VSAT站原理
馈线设备 在收、发共用天线的系统中，馈线设备除包括波导外， 主要是一个双工器。它起传输能量和分离收、发信号的 作用。 收、发信号的分离是利用频率和极化方式不同来完成的 上行载波频率和下行载波频率是不相等的，因此可利用 滤波器实现信号的分离。
119
空管通信系统
电子信息工程学院
120