VSAT衛星通信系統在海洋鉆井平臺的應用

門珮玉

【摘要】 VSAT衛星通信具有覆蓋范圍大，通信不受地理環境的限制， 建站組網靈活、方便， 提供多種業務， 成本低，便于使用維護等特點。 這些特點和優勢使得VSAT為處于多變、通信范圍廣闊的海洋環境的鉆井平臺提供了高效、高質量的通信方式，為平臺作業的順利進行提供了保障。

【關鍵字】 VSAT 海上通信 海上平臺

一、概述

衛星通信近年來獲得迅速的發展，現已成為不可缺少的通信手段之一。衛星通信系統由通信衛星，地球上行站和地面接收站三部分組成。衛星在空中起中轉站的作用，把地球上行站發送上來的電磁波放大處理后再返送回地面接收站，地面接收站則是衛星系統與地面公眾網的接口，地面用戶通過接收站與通信衛星組成一個完整連接。衛星通信最突出的優點是通信范圍大，且不受地形的影響。

八十年代，隨著衛星技術和計算機技術的發展，衛星通信領域出現了VSAT衛星系統。VSAT（Very Small Aperture Terminal），意為“甚小天線地球站”。“小”是指VSAT系統中小站設備的天線直徑較小，通常為0.9～2.4m。VSAT是由大量地面站構成的衛星傳輸系統。

隨著VSAT技術的快速發展，目前已實現將地面網絡通信范圍延伸至海上，并提供基于衛星的各種通信服務。在石油勘探和開采中具有節點多，分布廣等特點。尤其是海上作業，地面網絡無法延伸到鉆井平臺，此時VSAT衛星就成為連平臺和陸地之間通信的有效解決手段。

二、VSAT衛星通信系統組成和設備

VSAT主要由通信衛星、主站（Hub）、遠端小站三部分構成，一般是由大量VSAT小站與一個主站協同工作，共同構成的一個廣域稀路由（站多，各站業務量小）的衛星通信網。

2.1 主站

主站也叫中心站或中央站，是VSAT網的心臟。它使用大型天線，天線直徑一般約為3.5m～8m（Ku波段）或7m～13m（C波段）。

在以數據業務為主的VSAT衛星通信網中，主站既是業務中心也是控制中心。主站通常與主計算機放在一起或通過其它（地面或衛星）線路與主計算機連接，作為業務中心；同時在主站內還有一個網絡控制中心（NCC）負責對全網進行監測、管理、控制和維護。

在以話音業務為主的VSAT衛星通信網中，控制中心可以與業務中心在同一個站，也可以不在同一個站，通常把控制中心所在的站稱為主站或中心站。

主站的設備配置比小站復雜，發射功率高，天線也大得多。一般主站有支持上千個小站接入的能力。由于主站涉及整個VSAT網的運行，其故障會影響全網正常工作，故其設備皆有備份。為了便于重新組合，主站一般采用模塊化結構，設備之間采用高速局域網的方式互連。

2.2 小站

VSAT小站由小口徑天線、室外單元（ODU）和室內單元（IDU）組成。VSAT遠端小站可以具有“全業務”，即雙向的話音、數據和視頻單收業務。室外單元包括固態功率放大器、低噪聲放大器、上/下變頻器及其檢測電路等，設置在天線饋源附近；室內單元包括Modem、數據接口等。小站的設備通常采用固化部件，集成度高、可靠，便于安裝與維護，可直接與數據終端連接，無需備份。天線直徑通常為0.9m～2.4m。

三、VSAT衛星通信的特點及優勢

海上通信具有很多特點和限制，例如通信環境特殊、通信業務繁雜且要求質量較高等。VSAT衛星通信系統自身的技術特點可以很好的應對、解決這些問題和障礙。針對平臺通信的特點，VSAT系統的以下幾點優勢就顯得更為突出。

· 建站組網靈活、方便。VSAT通信方式有三種：點對點：VSAT站與站之間的點對點通信；多點到多點：VSAT站之間的雙向交互式通信；廣播方式：主站到遠端小站的衛星廣播方式。

根據其多樣通信方式，VSAT系統的組網方式也十分靈活，可以組成各種復雜的網絡以滿足不同用戶的需求。VSAT通信網的基本結構有星狀、網狀及兩者的混合形式，網絡拓撲結構。

VSAT通信網是用大量模塊化網絡部件實現的，使用靈活、易于擴展，能適應各種用戶的需要，并能將傳輸和交換功能結合在一起。因此，它能為各種網絡業務提供預分配和按需分配窄帶和寬帶鏈路，并能在任意網絡結構中應用。

· 覆蓋范圍大，通信不受地理環境的限制。衛星通信可以實現偏遠地區、山區和海洋的全覆蓋。VSAT衛星通信不受地面狀況的影響，借助VSAT用戶數據終端可直接利用衛星信道與遠端的計算機進行聯網，完成數據傳遞、文件交換或遠程處理，從而擺脫本地區的地面中繼線問題，這在地面網絡不發達、通信線路質量不好或難于傳輸高速數據的邊遠地區，或是地面網絡沒有延伸到的地區，例如海洋，更能發揮重要作用。

通過遍布全球的地面站，可為海上平臺和船舶提供C波段或Ku波段的全球覆蓋。C波段的頻率為4/6GHz，Ku波段的頻率為12/14GHz。在第一代VAST網中主要采用C波段轉發器，該波段技術較成熟，工作較穩定，雨衰較小。隨著衛星通信的大量應用，目前C頻段已非常擁擠，從第二代VAST開始，多采用Ku波段，頻率為12/14GHz。此外還有一種具有更寬帶寬的Ka波段，但是由于Ka頻段信道資源有限且技術復雜，目前應用得不多。

目前，海上鉆井平臺都配備了C和Ku兩種波段的雙通信系統，以保證通信質量。

· 提供多種業務。VSAT服務可以劃分不同的業務類型。按內容來分，可分為語音業務、低速數據業務、廣播業務和高速數據業務，后者包括多媒體業務和高速因特網接取等。

不同拓撲結構的VSAT網絡適用于不同的通信環境，并提供好多種服務：

1）星狀結構VAST網最適合于廣播、收集等進行點到多點間通信的應用環境，可以提供數據音頻/視頻廣播接收、下載、聯網、遠程登錄、文件傳輸以及網絡管理等業務。

2）網狀結構VSAT網則比較適合于點到點之間進行實時性通信的應用環境，可進行話音、數據傳輸，舉行各種會議；

3）混合結構VSAT網則結合了前兩種結構的優點，它在傳送實時性要求不高的業務（如數據）時采用星形結構，而在傳送實時性要求較高的業務（如話音）時采用網狀結構；當需進行點對點通信時采用網狀結構，進行點對多點通信時采用星形結構。這種網絡結構可充分利用前兩種網絡結構的優點，同時能最大限度地滿足用戶的要求。

海上鉆井平臺集成了完整的鉆井作業生產單元和生活單元，這就對通信系統有著特殊和全面的要求，所需的通信種類多種多樣。

VSAT衛星通信可以為海上平臺提供全面穩定的服務。實現對包括平臺的預報、作業、安全和質量在內的數據信息的采集和管理，并對各節點實施遠程監控。

· 成本低，便于使用維護。VSAT衛星通信成本與距離無關，其通信成本主要由衛星轉發器租費、主子站系統設備折舊和軟硬件設備的運行費用及人員工資等組成，與通信距離無關。隨著VSAT衛星通信市場的發展，包括轉發器租費、系統設備和衛星小站設備價格會逐步下降，VSAT通信業務經營成本會進一步降低。此外，用戶可根據自身活動范圍，靈活的選擇波段和覆蓋范圍，從而節省費用。

VSAT系統還具有投資小、建設周期短、傳輸距離遠、信號質量好、設備體積小、便于安裝、使用維護方便等特點，因此在海洋通信等邊遠、不易到達地區的通信中發揮著重要作用。

四、VSAT通信系統展望

VSAT 衛星通信系統以其獨特的方式在信息通信領域里扮演著重要的角色，其網絡建設已經遍布世界各地。它支持著話音、數據和圖象等多種業務。在廣闊的公共電信網絡中，對于遠距離的小容量通信，以及地面蜂窩網的組網方面，VSAT 系統發揮著重要的作用。未來的VSAT通信系統正在和將向更高頻段，更高速率、容量，更多種類業務服務，更高智能化，寬帶化，全IP化等方向發展。

五、結束語

由于多變的海洋環境、廣闊的通信范圍等因素的限制，對于海上平臺來說，所能提供的通信手段相對貧乏，且對通信系統也提出了很高的要求。VSAT衛星通信系統以其自身的技術得點和優勢，使其能夠涉足海上通信領域，并取得良好的市場效果。隨著VSAT系統技術的不斷更新，VSAT系統必將在海洋通信領域獲得更好的發展。

參 考 文 獻

[1] 吳詩其，吳廷勇等.衛星通信導論（第2版）.電子工業出版社，2008.

[2] 常 奕.基于VSAT衛星通信的視頻會議系統. 大眾科技，2008，No.8，，18-19

[3] 姚壽君.寬帶化的VSAT衛星通信. 現代通信，2004，第5期，5-6