VSAT卫星通信系统工程的实施应用

发布于 2020-04-22 09:41

VSAT系统在卫星通信乃至整个通信领域中是一个非常活跃的通信分支,它经历了初始阶段、成熟阶段,现已进入到发展阶段。

VSAT系统属于无线通信,所用的频率资源是国家资源,无线通信由国家无线电管理部门专门管理,VSAT工程实施过程中,必须符合无线电管理规定。国家无线电频谱管理中心颁发了“设置无线电台(站)申请使用指南”文本,对设立VSAT系统的申请使用作了具体的规定。VSAT系统的设计者、运行者务必熟悉该文本中的相关规定。对于商业经营性的VSAT卫星通信系统,除向国家无线电管理部门申请VSAT网络使用权外,还需向信息产业部相关部门申请VSAT经营性网络运行许可证。

VSAT系统的总体技术设计

“设置无线电台(站)申请使用指南”附件四要求:技术设计文件应由无线电管理机构认可的有相应的技术水平和组网经验,并有良好信誉的设计单位编制,设计单位对其编制的设计文件质量全面负责。

设计文件的主要内容应包括:

  1. ① 概况描述:台网建设的必要性、社会和经济效益、规模容量、业务种类、网络结构和网络组成、近远期规划。
  2. ② 台(站)址选址方案、推荐台(站)址的条件和数据、台(站)址电磁环境调查、测试数据和分析结论、有关部门同意设台(站)的意见。
  3. ③ 主要无线设备选型与配置、设备主要参数、天线和馈线选择、主要电特性和物理数据(如尺寸、挂高方向特性、损耗等)、天线布置。
  4. ④ 传输设计和质量指标或服务范围估算。
  5. ⑤ 电磁环境测试分析报告、干扰协调计算报告、多址方式、复用性质;天线仰角图、协调区图、与干扰微波站间剖面图、极化分配、EIRP、G/T、卫星轨道经度和空间段的参数等。

以上的规定中,协调区图的计算及绘制较为复杂,其方法可根据国际无线电规则附录28计算绘制。原则上,VSAT主站必须作协调区图计算及绘制,并与协调区内的同频微波站进行协调。VSAT端站视其具体情况决定是否需作协调区图计算及绘制,大多数不作协调区图。与干扰微波站之间剖面图,一般在协调区内具体协调时考虑,并需得到当地无线电管理部门帮助(提供数据,帮助协调)。

VSAT系统的工程实施准备

VSAT系统的工程实施准备工作,除根据“设置无线电台(站)申请使用指南”要求编制好相关的技术文件外,需办好VSAT网络的申请手续。VSAT网络由建设单位向国家无线电管理部门申请,并由该部门批准。VSAT站由建站单位向当地无线电管理部门申请,并由该部门批准。

站址勘察及电磁环境测试,是一个VSAT站在建站前必须进行的一项准备工作。电磁环境测试是一项专业技术性很强的工作,一般需要委托经无线电管理部门认可、有资质的单位进行,并提出测试报告。有资质的测试单位会根据无线电管理部门的严格要求进行测试。

在建站前需考察环境的轨道弧空间、建筑重量承受能力、电源情况、接地系统等。选定的站址需得到相关的建筑部门、物业管理部门认可。

根据总体设计,了解设备供货情况。由于VSAT的设备没有统一的规范,各供应商家的设备均自成系统,各厂商提供的设备互不兼用,故需对设备进行深入的研究,要考虑设备现有性能、扩容能力、厂商的售后服务能力等等。

了解在轨卫星提供卫星转发器的可能性。卫星转发器资源是有限资源,提前了解现有卫星转发器状况是十分重要的,卫星转发器资源有无是VSAT系统能否建成的关键问题,所以工程准备阶段,一定要做好此项工作。

VSAT建设的前期准备工作涉及的面很广,一般需在有经验的VSAT网络设计单位配合下进行。

VSAT系统工程实施

VSAT系统工程实施过程中,除环境要求,电源条件及接地要求等通信设施建设过程必须满足的一般条件外,VSAT系统还将有一些强制特性必须达到要求。强制特性来自三个方面,一是国家无线电管理部门颁发的必须遵守的规定;二是卫星运行部门对用户的技术要求;三是国际电联对无线通信的规则要求。在VSAT系统建设运行中主要有下述几项:

(1)城市内建设VSAT系统的限制

国家无线电管理委员会[1995]4号文件“建设卫星通信网和设置使用地球站的暂行规定”指出:大、中型发射地球站不应在城市市区内设置,亦不应在高层建筑物顶端设置。在城市市区内设置使用地球站,其天线直径一般不超过4.5m,实际发射功率一般不超过20W。

卫星运行部门对天线的特性提出严格的指标要求,主要是天线旁瓣特性、极化隔离度、射频的频谱特性等。这些特性指标,均为强制性特性指标。地球站入网运行前均需对相关的强制性特性指标作入网特性验证测试,只有在满足要求的条件下,才允许使用卫星,即可入网运行。入网验证测试中关于天线旁瓣特性的要求,不管入哪一个卫星网,均必须符合ITU-R580-3建议:

发射:29-25log(dBi) 1°≤ ≤48°

接收:32-25log(dBi) 1°≤ ≤48°

-10dBi ≥48°

式中:θ为天线的偏轴方向和天线工作指向的夹角。

各卫星运行部门还会提出对极化干扰及频谱特性的指标要求。

(2)地球站天线架设

地球站天线架设是建立地球站的主要工程,技术要求高,应该根据天线厂商提供的曲面数据精密地调整曲面,以能满足旁瓣特性要求,并要求能通过入网特性验证测试。天线投入工作时需根据下列公式,计算天线的指向(方位角、仰角),同时也可估算极化偏移角:

式中:EL为仰角(度);AZ为方位角(度);Фe为地球站所在位置经度(度);s为卫星轨道位置经度(度);=地球站所在位置纬度;Re=地球半径=6 378km;Ro=卫星高度(典型值=35 786km);ξ为极化偏离角(仅适用于线极化天线)。

计算时AZ,卫星在地球站以东取“–”,卫星在地球站以西取“+”。

在天线指向卫星时,若用磁罗盘确定指向,需在建筑群上设置天线,一般应该先调整仰角。此时不会因建筑物内的金属构件扰乱磁力线,而影响罗盘指向读数。调整仰角后,可仔细移动方位角寻找卫星。

极化角ξ是以微波信号的电场水平或垂直定义水平极化或垂直极化。对于卫星发射的微信号,卫星转发的微波信号电场分量垂直于卫星轨道平面和平行于卫星轨道平面,分别定义为垂直极化和水平极化。若计算结果,ξ是正值,地球站天线发射极化角面向卫星逆时针偏移,反之则负。接收极化角与发射极化角为正交(90°)关系,并注意垂直极化以垂直轴线(0°)为起点偏移,水平极化以水平轴线(90°)为起点偏移。

(3)设置VSAT站的防雷接地问题

设置VSAT站的防雷接地问题,有关的讨论很多,由于VSAT一般架设在楼顶等高处,近年来,受雷击的情况时有发生,引起广泛的注意。VSAT站本身是一个小型设施,对于十几至几十层的高楼楼顶,要求专设一套避雷接地系统,实施困难非常大,投资也过高。但还是需要十分重视避雷问题。如果没有条件设置专用避雷系统,至少要使天线接地,接地引线直接(独立)接至接近地面的接地点上,进入三合一地网,而不采用直接接在原建筑物避雷带上。若楼层过高,又不允许直接沿墙体敷设接地引线时,天线接地引线需接到最靠近接地引线处。其次,在电缆或波导进机房的“窗口”外侧,重新作复接地,以免雷击进入机房。

VSAT站的防雷接地还需进行深入研究,以找出确定可行的VSAT站防雷接地系统。

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