寬帶化VSAT通信系統發展

VSAT衛星通信網由小型地球站組成，地球站和用戶設備都設置在同一建筑物上。VSAT衛星通信網具有廣泛的適應性和很大的靈活性，它可以提供單獨的話音、數據、圖像通信業務，也可以提供話音與非話音的綜合通信業務。合理設計的VSAT衛星通信網可以為廣播、電信、計算機互聯網接入等提供有效的通信手段，并將發展成為寬帶化智能化綜合業務的衛星通信網。

寬帶化推動新業務的發展

VSAT衛星通信系統正從單一窄帶業務的衛星通信網，向一個融合電信、廣播、計算機的寬帶衛星網絡發展，將成為未來電信系統的重要組成部分。依賴地面超大容量光纖網以及空間寬帶衛星網，用戶設備可以方便地直接接入全國或全球寬帶網絡。

VSAT用戶利用架設在辦公室或住宅的VSAT設備，可方便地接入衛星通信網。用戶還可按照業務的需要來自適應地使用衛星網絡的資源，并構造它與衛星網絡的拓撲結構（一跳或兩跳）。用戶設備是一個小口徑的天線（0.6米以下），一個附在天線上的筆記本式室外單元和一個筆記本式的室內單元。用戶的辦公和生產設施可以像接在地面設備一樣地接在VSAT設備上。

VSAT衛星通信系統提供的業務包括電信業務、計算機互聯業務，以及數據、音頻、視頻等廣播業務。隨著網絡的寬帶化，VSAT衛星通信在提供傳統的話音、數據等交互業務的同時，發展了遠程教育、遠程醫療、電視會議等。隨著廣播業務的發展，利用衛星通信的廣域覆蓋特性和寬帶衛星廣播技術，還可實現新聞和數據分發、廣播、數據音頻視頻廣播到戶、衛星尋呼、Web廣播、視頻點播、IP數據音頻和視頻廣播等。寬帶衛星數據傳輸和為計算機互連網的一部分，提供了方便的文件軟件下載和Internet接入、企業的Internet互連、ISP骨干業務、電子郵件、電子商務和金融證券等。

寬帶化VSAT通信系統

衛星網絡的寬帶化趨勢體現在超大容量的衛星和星卒系統的發展上。超大容量的衛星和星座系統不斷擴展新的寬帶工作頻段，在使用傳統衛星通信L、C和Ku波段的基礎上，大大推動了更寬帶寬的Ka波段的采用。大容量衛星和星座系統還促進了一系列新技術的發展：軌道調整的發動機技術、高效太陽能電池和蓄電池技術、星上轉發器數量的增加、超大口徑的衛星天線和多波束天線、大發射功率的衛星轉發器、衛星轉發器頻帶資源的按需帶寬分配、星上再生和交換處理及衛星之間的通信鏈路，適應了衛星寬帶業務發展的需要。超大容量衛星支持多種寬帶衛星直播業務和便攜式手持式衛星終端的使用。大容量衛星和星座系統帶可進一步支持寬帶互連網和移動衛星通信，如Teledesic：使用288顆低軌衛星，2Mbit/s上行鏈路和64Mbit/s下載鏈路（美國微軟）；Spaceway：使用9顆高軌衛星和63顆低軌衛星（Motorola公司）；Skybridge：使用80顆低軌衛星（勞拉公司）。

目前，VSAT地球站是經過一個主站接入寬帶網絡，實現相應的通信、廣播、計算機互聯網業務的。衛星地球主站通過衛星網關、編碼器、條件接收發送設備、DVB/IP復接器、調制器、變頻器發送設備、接收設備、變頻器、變頻器、解調器等與衛星鏈路相接。衛星地球主站通過地面網關與地面寬帶網絡相連。衛星地球主站的網絡管理、業務服務器等設備連成一個局域網。隨著大容量衛星和衛星星座系統的發展，VSAT衛星通信網主站的功能將由大容量衛星或星座系統的星上系統的處理功能來實現。

VSAT設備實現了智能化，而且簡單可靠。它成本低，地面接口靈活，有GPS全球定位功能，可變數據速率和傳輸帶寬，可以不同的拓撲方式和多址方式接入衛星通信網。所以，它可以呈星狀網結構進行數據音頻視頻廣播接收、文件軟件下載、互聯網瀏覽、遠程登錄和文件傳輸以及網絡管理等業務，也可以呈網狀網進行話音數據傳輸，舉行各種會議。VSAT技術的進步表現在：新工作頻段的采用、集成電路技術的進展、通信規程的標準化和全球化、設備互操作性的改善等。

VSAT通信的寬帶廣播和寬帶多址接入

VSAT站的衛星鏈路有主站到VSAT站的出主站鏈路，有VSAT站到主站的入主站鏈路。隨著業務從窄帶向寬帶發展，出主站鏈路數據速率不斷提高，從幾Mbit/s到幾十Mbit/s；入主站鏈路的數據速率也不斷提高，從幾Kbit/s發展到幾百Kbit/s，甚至幾Mbit/s。

出主站鏈路多采用單載波TDM方式，有基于廣播信號的DVB數據格式，有基于互連網的IP數據格式。VSAT衛星通信的寬帶廣播，可以廣播數據音頻視頻、也可以實現文件數據的下載。

入主站鏈路有多種衛星多址接入方式：FDMA、CDMA、TDMA、MF/CDMA。也有利用地面Internet鏈路代替入主站鏈路的，稱為外交互方式，而把采用入主站鏈路稱為內交互方式。傳統的衛星通信多址接入方式是時分多址（TDMA）、頻分多址（FDMA）、碼分多址（CDMA）。它們是把衛星轉發器的資源，按時間分成時隙、按頻率分成頻道、或者按正交的編碼波形分成碼道，由各個地球站按照固定分配方式、隨機競爭方式、或者動態分配的方式來使用。所謂動態競爭方式，轉發器資源由主站來管理，用戶站接入時，先使用固定分配方式或隨機競爭方式來申請，主站分配給用戶地球站使用，使用完了歸還給主站。

隨著大容量VSAT衛星通信網絡以及寬帶接入業務的發展，主站接入設備的容量日益增大，用戶地球六也需要使用高速的寬帶接入，需要主站接入信道的可變速率范圍擴大。時分多址方式要求用戶站的接入時隙寬度變化范圍增大，頻分多址方式要求用戶站發送信號帶寬可變或使用并行的多載波傳輸，碼分多址方式要求用戶站發送信號的擴展頻譜增益可變或者使用多碼道并行傳輸。組合的多址接入方式，可以方便地實現寬帶多址接入：例如多載波（多頻率）時分多址，多載波碼分多址等。目前技術成熟的是多頻率時分多址。

多頻率時分多址設置有多個頻段（多個載波），每個頻率又劃分成時間幀和時隙。各個用戶地球站可以使用特定的頻率和特定的時隙進行接入申請，根據申請的業務，得到相應的頻率和時隙。對于寬琮業務申請，用戶可以再在一個頻率上，用一個時隙或多個時隙進行接入業務傳輸；也可以在幾個頻率上，用多個時隙進行接入業務傳輸。根據系統接入的特點，系統在接入信道上設置了不同的時隙：用戶接入申請的時隙，用戶業務傳輸的業務時隙，校正用戶地球站發送時間和頻率的粗同步時隙，以及校正發送時間和頻率的精同步時隙。

寬帶VSAT衛星通信系統的前向鏈路和反向鏈路往往是不對稱的，前向鏈路和反向鏈路的轉發器資源的配置要和業務的特性相匹配。寬帶VSAT衛星通信系統需要設計和配置接入信道的資源、多載波數目，以及相應的幀結構，以適應給定接入突發特性、接入業務量條件下的接入時延和接入成功率的要求。寬帶VSAT衛星通信系統往往有多種業務同時工作，系統的配置和設計只能適應總體的要求，為了適應各種業務的具體要求，還應該對不同業務設置各自的優先級，調整整個系統對不同業務的適應性。

VSAT通信網的通信規程協議

VSAT衛星通信網最初是作為透明信道使用的，它只提供固定的連接，傳輸單一的業務。這時針對不同的衛星信道，設備必須配置不同的通信軟件。由于衛星通信必須支持網絡管理和多址接入的控制，衛星通信業務的綜合化必須傳輸多種業務，例如電信、計算機數據、以及數據音頻視頻廣播，VSAT衛星通信網必須支持通信規程協議。

衛星通信規程要考慮傳輸的業務以及相應的規程協議。例如音頻視頻廣播的數據結構和規程協議、計算機互聯網通信的TCP/IP協議，以及電信通信的信令。隨著寬帶VSAT通信的發展，通信規程要支持交互通信，特別是寬帶交互通信業務。衛星通信規程要考慮網絡管理的規程協議，例如常用的SNMP（Simple Network Management Protocol），而SNMP是建立在UDP/IP提供服務的基礎上的。衛星通信規程要考慮用戶站接入時介質訪問控制，以及衛星鏈路差錯控制對通信規程的影響。

TCP/IP支持計算機互聯網通信，支持網絡管理SNMP，也可以支持數據音頻視頻廣播，在衛星網絡使用TCP/IP上運行各種業務和在地面網絡一樣方便。為了支持電信業務，可以把信令作為數據分組來傳輸；為了支持數據音頻視頻廣播，可以把它們作為數據分組來傳輸，也可以把數據分組放在數據音頻視頻廣播的一個通道上廣播（TCP/IP over DVB）。目前研究最多的是VSAT衛星通信網怎樣運行TCP/IP協議。

但是在VSAT衛星網上使用TCP/IP也遇到困難，包括衛星傳輸的長時延、衛星信道比地面信道高的差錯概率、用戶站多址接入的介質訪問控制和資源共享與分配等問題。

針對衛星信道固有的長時延，人們在TCP/IP協議上已經做了許多工作，例如：協調接收緩區和發送窗口，定義選擇重發模式，協調慢啟動和擁塞控制的參數。針對衛星信道比地面信道高的差錯概率，已經采用了多種信道編解碼技術、干擾抑制技術來改善信道的傳輸特性?，F在重視研究衛星通信的數據鏈路層和介質訪問控制層，使它與TCP/IP協議匹配。將通信鏈路的差錯由數據鏈路層和介質訪問控制層來解決；鏈路的擁塞和多址接入的延遲和阻塞由TCP/IP協議來解決。