VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)在海洋鉆井平臺(tái)的應(yīng)用

門珮玉

【摘要】 VSAT衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍大，通信不受地理環(huán)境的限制， 建站組網(wǎng)靈活、方便， 提供多種業(yè)務(wù)， 成本低，便于使用維護(hù)等特點(diǎn)。 這些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)使得VSAT為處于多變、通信范圍廣闊的海洋環(huán)境的鉆井平臺(tái)提供了高效、高質(zhì)量的通信方式，為平臺(tái)作業(yè)的順利進(jìn)行提供了保障。

【關(guān)鍵字】 VSAT 海上通信 海上平臺(tái)

一、概述

衛(wèi)星通信近年來獲得迅速的發(fā)展，現(xiàn)已成為不可缺少的通信手段之一。衛(wèi)星通信系統(tǒng)由通信衛(wèi)星，地球上行站和地面接收站三部分組成。衛(wèi)星在空中起中轉(zhuǎn)站的作用，把地球上行站發(fā)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(wèi)星系統(tǒng)與地面公眾網(wǎng)的接口，地面用戶通過接收站與通信衛(wèi)星組成一個(gè)完整連接。衛(wèi)星通信最突出的優(yōu)點(diǎn)是通信范圍大，且不受地形的影響。

八十年代，隨著衛(wèi)星技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星通信領(lǐng)域出現(xiàn)了VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)。VSAT（Very Small Aperture Terminal），意為“甚小天線地球站”?！靶　笔侵竀SAT系統(tǒng)中小站設(shè)備的天線直徑較小，通常為0.9～2.4m。VSAT是由大量地面站構(gòu)成的衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)。

隨著VSAT技術(shù)的快速發(fā)展，目前已實(shí)現(xiàn)將地面網(wǎng)絡(luò)通信范圍延伸至海上，并提供基于衛(wèi)星的各種通信服務(wù)。在石油勘探和開采中具有節(jié)點(diǎn)多，分布廣等特點(diǎn)。尤其是海上作業(yè)，地面網(wǎng)絡(luò)無法延伸到鉆井平臺(tái)，此時(shí)VSAT衛(wèi)星就成為連平臺(tái)和陸地之間通信的有效解決手段。

二、VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成和設(shè)備

VSAT主要由通信衛(wèi)星、主站（Hub）、遠(yuǎn)端小站三部分構(gòu)成，一般是由大量VSAT小站與一個(gè)主站協(xié)同工作，共同構(gòu)成的一個(gè)廣域稀路由（站多，各站業(yè)務(wù)量?。┑男l(wèi)星通信網(wǎng)。

2.1 主站

主站也叫中心站或中央站，是VSAT網(wǎng)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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)中，主站既是業(yè)務(wù)中心也是控制中心。主站通常與主計(jì)算機(jī)放在一起或通過其它（地面或衛(wèi)星）線路與主計(jì)算機(jī)連接，作為業(yè)務(wù)中心；同時(shí)在主站內(nèi)還有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制中心（NCC）負(fù)責(zé)對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、管理、控制和維護(hù)。

在以話音業(yè)務(wù)為主的VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)中，控制中心可以與業(yè)務(wù)中心在同一個(gè)站，也可以不在同一個(gè)站，通常把控制中心所在的站稱為主站或中心站。

主站的設(shè)備配置比小站復(fù)雜，發(fā)射功率高，天線也大得多。一般主站有支持上千個(gè)小站接入的能力。由于主站涉及整個(gè)VSAT網(wǎng)的運(yùn)行，其故障會(huì)影響全網(wǎng)正常工作，故其設(shè)備皆有備份。為了便于重新組合，主站一般采用模塊化結(jié)構(gòu)，設(shè)備之間采用高速局域網(wǎng)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(nèi)單元（IDU）組成。VSAT遠(yuǎn)端小站可以具有“全業(yè)務(wù)”，即雙向的話音、數(shù)據(jù)和視頻單收業(yè)務(wù)。室外單元包括固態(tài)功率放大器、低噪聲放大器、上/下變頻器及其檢測(cè)電路等，設(shè)置在天線饋源附近；室內(nèi)單元包括Modem、數(shù)據(jù)接口等。小站的設(shè)備通常采用固化部件，集成度高、可靠，便于安裝與維護(hù)，可直接與數(shù)據(jù)終端連接，無需備份。天線直徑通常為0.9m～2.4m。

三、VSAT衛(wèi)星通信的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

海上通信具有很多特點(diǎn)和限制，例如通信環(huán)境特殊、通信業(yè)務(wù)繁雜且要求質(zhì)量較高等。VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)自身的技術(shù)特點(diǎn)可以很好的應(yīng)對(duì)、解決這些問題和障礙。針對(duì)平臺(tái)通信的特點(diǎn)，VSAT系統(tǒng)的以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)就顯得更為突出。

· 建站組網(wǎng)靈活、方便。VSAT通信方式有三種：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)：VSAT站與站之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信；多點(diǎn)到多點(diǎn)：VSAT站之間的雙向交互式通信；廣播方式：主站到遠(yuǎn)端小站的衛(wèi)星廣播方式。

根據(jù)其多樣通信方式，VSAT系統(tǒng)的組網(wǎng)方式也十分靈活，可以組成各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)以滿足不同用戶的需求。VSAT通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)有星狀、網(wǎng)狀及兩者的混合形式，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

VSAT通信網(wǎng)是用大量模塊化網(wǎng)絡(luò)部件實(shí)現(xiàn)的，使用靈活、易于擴(kuò)展，能適應(yīng)各種用戶的需要，并能將傳輸和交換功能結(jié)合在一起。因此，它能為各種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供預(yù)分配和按需分配窄帶和寬帶鏈路，并能在任意網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。

· 覆蓋范圍大，通信不受地理環(huán)境的限制。衛(wèi)星通信可以實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)、山區(qū)和海洋的全覆蓋。VSAT衛(wèi)星通信不受地面狀況的影響，借助VSAT用戶數(shù)據(jù)終端可直接利用衛(wèi)星信道與遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)傳遞、文件交換或遠(yuǎn)程處理，從而擺脫本地區(qū)的地面中繼線問題，這在地面網(wǎng)絡(luò)不發(fā)達(dá)、通信線路質(zhì)量不好或難于傳輸高速數(shù)據(jù)的邊遠(yuǎn)地區(qū)，或是地面網(wǎng)絡(luò)沒有延伸到的地區(qū)，例如海洋，更能發(fā)揮重要作用。

通過遍布全球的地面站，可為海上平臺(tái)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(wǎng)中主要采用C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，該波段技術(shù)較成熟，工作較穩(wěn)定，雨衰較小。隨著衛(wèi)星通信的大量應(yīng)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(shù)復(fù)雜，目前應(yīng)用得不多。

目前，海上鉆井平臺(tái)都配備了C和Ku兩種波段的雙通信系統(tǒng)，以保證通信質(zhì)量。

· 提供多種業(yè)務(wù)。VSAT服務(wù)可以劃分不同的業(yè)務(wù)類型。按內(nèi)容來分，可分為語音業(yè)務(wù)、低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、廣播業(yè)務(wù)和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，后者包括多媒體業(yè)務(wù)和高速因特網(wǎng)接取等。

不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的VSAT網(wǎng)絡(luò)適用于不同的通信環(huán)境，并提供好多種服務(wù)：

1）星狀結(jié)構(gòu)VAST網(wǎng)最適合于廣播、收集等進(jìn)行點(diǎn)到多點(diǎn)間通信的應(yīng)用環(huán)境，可以提供數(shù)據(jù)音頻/視頻廣播接收、下載、聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程登錄、文件傳輸以及網(wǎng)絡(luò)管理等業(yè)務(wù)。

2）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)VSAT網(wǎng)則比較適合于點(diǎn)到點(diǎn)之間進(jìn)行實(shí)時(shí)性通信的應(yīng)用環(huán)境，可進(jìn)行話音、數(shù)據(jù)傳輸，舉行各種會(huì)議；

3）混合結(jié)構(gòu)VSAT網(wǎng)則結(jié)合了前兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，它在傳送實(shí)時(shí)性要求不高的業(yè)務(wù)（如數(shù)據(jù)）時(shí)采用星形結(jié)構(gòu)，而在傳送實(shí)時(shí)性要求較高的業(yè)務(wù)（如話音）時(shí)采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)需進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信時(shí)采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信時(shí)采用星形結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可充分利用前兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能最大限度地滿足用戶的要求。

海上鉆井平臺(tái)集成了完整的鉆井作業(yè)生產(chǎn)單元和生活單元，這就對(duì)通信系統(tǒng)有著特殊和全面的要求，所需的通信種類多種多樣。

VSAT衛(wèi)星通信可以為海上平臺(tái)提供全面穩(wěn)定的服務(wù)。實(shí)現(xiàn)對(duì)包括平臺(tái)的預(yù)報(bào)、作業(yè)、安全和質(zhì)量在內(nèi)的數(shù)據(jù)信息的采集和管理，并對(duì)各節(jié)點(diǎn)實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控。

· 成本低，便于使用維護(hù)。VSAT衛(wèi)星通信成本與距離無關(guān)，其通信成本主要由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器租費(fèi)、主子站系統(tǒng)設(shè)備折舊和軟硬件設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用及人員工資等組成，與通信距離無關(guān)。隨著VSAT衛(wèi)星通信市場(chǎng)的發(fā)展，包括轉(zhuǎn)發(fā)器租費(fèi)、系統(tǒng)設(shè)備和衛(wèi)星小站設(shè)備價(jià)格會(huì)逐步下降，VSAT通信業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)成本會(huì)進(jìn)一步降低。此外，用戶可根據(jù)自身活動(dòng)范圍，靈活的選擇波段和覆蓋范圍，從而節(jié)省費(fèi)用。

VSAT系統(tǒng)還具有投資小、建設(shè)周期短、傳輸距離遠(yuǎn)、信號(hào)質(zhì)量好、設(shè)備體積小、便于安裝、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)，因此在海洋通信等邊遠(yuǎn)、不易到達(dá)地區(qū)的通信中發(fā)揮著重要作用。

四、VSAT通信系統(tǒng)展望

VSAT 衛(wèi)星通信系統(tǒng)以其獨(dú)特的方式在信息通信領(lǐng)域里扮演著重要的角色，其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)遍布世界各地。它支持著話音、數(shù)據(jù)和圖象等多種業(yè)務(wù)。在廣闊的公共電信網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于遠(yuǎn)距離的小容量通信，以及地面蜂窩網(wǎng)的組網(wǎng)方面，VSAT 系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用。未來的VSAT通信系統(tǒng)正在和將向更高頻段，更高速率、容量，更多種類業(yè)務(wù)服務(wù)，更高智能化，寬帶化，全I(xiàn)P化等方向發(fā)展。

五、結(jié)束語

由于多變的海洋環(huán)境、廣闊的通信范圍等因素的限制，對(duì)于海上平臺(tái)來說，所能提供的通信手段相對(duì)貧乏，且對(duì)通信系統(tǒng)也提出了很高的要求。VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)以其自身的技術(shù)得點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，使其能夠涉足海上通信領(lǐng)域，并取得良好的市場(chǎng)效果。隨著VSAT系統(tǒng)技術(shù)的不斷更新，VSAT系統(tǒng)必將在海洋通信領(lǐng)域獲得更好的發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

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