VSAT卫星通信系统在海洋钻井平台的应用

门珮玉

【摘要】 VSAT卫星通信具有覆盖范围大，通信不受地理环境的限制， 建站组网灵活、方便， 提供多种业务， 成本低，便于使用维护等特点。 这些特点和优势使得VSAT为处于多变、通信范围广阔的海洋环境的钻井平台提供了高效、高质量的通信方式，为平台作业的顺利进行提供了保障。

【关键字】 VSAT 海上通信 海上平台

一、概述

卫星通信近年来获得迅速的发展，现已成为不可缺少的通信手段之一。卫星通信系统由通信卫星，地球上行站和地面接收站三部分组成。卫星在空中起中转站的作用，把地球上行站发送上来的电磁波放大处理后再返送回地面接收站，地面接收站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过接收站与通信卫星组成一个完整连接。卫星通信最突出的优点是通信范围大，且不受地形的影响。

八十年代，随着卫星技术和计算机技术的发展，卫星通信领域出现了VSAT卫星系统。VSAT（Very Small Aperture Terminal），意为“甚小天线地球站”。“小”是指VSAT系统中小站设备的天线直径较小，通常为0.9～2.4m。VSAT是由大量地面站构成的卫星传输系统。

随着VSAT技术的快速发展，目前已实现将地面网络通信范围延伸至海上，并提供基于卫星的各种通信服务。在石油勘探和开采中具有节点多，分布广等特点。尤其是海上作业，地面网络无法延伸到钻井平台，此时VSAT卫星就成为连平台和陆地之间通信的有效解决手段。

二、VSAT卫星通信系统组成和设备

VSAT主要由通信卫星、主站（Hub）、远端小站三部分构成，一般是由大量VSAT小站与一个主站协同工作，共同构成的一个广域稀路由（站多，各站业务量小）的卫星通信网。

2.1 主站

主站也叫中心站或中央站，是VSAT网的心脏。它使用大型天线，天线直径一般约为3.5m～8m（Ku波段）或7m～13m（C波段）。

在以数据业务为主的VSAT卫星通信网中，主站既是业务中心也是控制中心。主站通常与主计算机放在一起或通过其它（地面或卫星）线路与主计算机连接，作为业务中心；同时在主站内还有一个网络控制中心（NCC）负责对全网进行监测、管理、控制和维护。

在以话音业务为主的VSAT卫星通信网中，控制中心可以与业务中心在同一个站，也可以不在同一个站，通常把控制中心所在的站称为主站或中心站。

主站的设备配置比小站复杂，发射功率高，天线也大得多。一般主站有支持上千个小站接入的能力。由于主站涉及整个VSAT网的运行，其故障会影响全网正常工作，故其设备皆有备份。为了便于重新组合，主站一般采用模块化结构，设备之间采用高速局域网的方式互连。

2.2 小站

VSAT小站由小口径天线、室外单元（ODU）和室内单元（IDU）组成。VSAT远端小站可以具有“全业务”，即双向的话音、数据和视频单收业务。室外单元包括固态功率放大器、低噪声放大器、上/下变频器及其检测电路等，设置在天线馈源附近；室内单元包括Modem、数据接口等。小站的设备通常采用固化部件，集成度高、可靠，便于安装与维护，可直接与数据终端连接，无需备份。天线直径通常为0.9m～2.4m。

三、VSAT卫星通信的特点及优势

海上通信具有很多特点和限制，例如通信环境特殊、通信业务繁杂且要求质量较高等。VSAT卫星通信系统自身的技术特点可以很好的应对、解决这些问题和障碍。针对平台通信的特点，VSAT系统的以下几点优势就显得更为突出。

· 建站组网灵活、方便。VSAT通信方式有三种：点对点：VSAT站与站之间的点对点通信；多点到多点：VSAT站之间的双向交互式通信；广播方式：主站到远端小站的卫星广播方式。

根据其多样通信方式，VSAT系统的组网方式也十分灵活，可以组成各种复杂的网络以满足不同用户的需求。VSAT通信网的基本结构有星状、网状及两者的混合形式，网络拓扑结构。

VSAT通信网是用大量模块化网络部件实现的，使用灵活、易于扩展，能适应各种用户的需要，并能将传输和交换功能结合在一起。因此，它能为各种网络业务提供预分配和按需分配窄带和宽带链路，并能在任意网络结构中应用。

· 覆盖范围大，通信不受地理环境的限制。卫星通信可以实现偏远地区、山区和海洋的全覆盖。VSAT卫星通信不受地面状况的影响，借助VSAT用户数据终端可直接利用卫星信道与远端的计算机进行联网，完成数据传递、文件交换或远程处理，从而摆脱本地区的地面中继线问题，这在地面网络不发达、通信线路质量不好或难于传输高速数据的边远地区，或是地面网络没有延伸到的地区，例如海洋，更能发挥重要作用。

通过遍布全球的地面站，可为海上平台和船舶提供C波段或Ku波段的全球覆盖。C波段的频率为4/6GHz，Ku波段的频率为12/14GHz。在第一代VAST网中主要采用C波段转发器，该波段技术较成熟，工作较稳定，雨衰较小。随着卫星通信的大量应用，目前C频段已非常拥挤，从第二代VAST开始，多采用Ku波段，频率为12/14GHz。此外还有一种具有更宽带宽的Ka波段，但是由于Ka频段信道资源有限且技术复杂，目前应用得不多。

目前，海上钻井平台都配备了C和Ku两种波段的双通信系统，以保证通信质量。

· 提供多种业务。VSAT服务可以划分不同的业务类型。按内容来分，可分为语音业务、低速数据业务、广播业务和高速数据业务，后者包括多媒体业务和高速因特网接取等。

不同拓扑结构的VSAT网络适用于不同的通信环境，并提供好多种服务：

1）星状结构VAST网最适合于广播、收集等进行点到多点间通信的应用环境，可以提供数据音频/视频广播接收、下载、联网、远程登录、文件传输以及网络管理等业务。

2）网状结构VSAT网则比较适合于点到点之间进行实时性通信的应用环境，可进行话音、数据传输，举行各种会议；

3）混合结构VSAT网则结合了前两种结构的优点，它在传送实时性要求不高的业务（如数据）时采用星形结构，而在传送实时性要求较高的业务（如话音）时采用网状结构；当需进行点对点通信时采用网状结构，进行点对多点通信时采用星形结构。这种网络结构可充分利用前两种网络结构的优点，同时能最大限度地满足用户的要求。

海上钻井平台集成了完整的钻井作业生产单元和生活单元，这就对通信系统有着特殊和全面的要求，所需的通信种类多种多样。

VSAT卫星通信可以为海上平台提供全面稳定的服务。实现对包括平台的预报、作业、安全和质量在内的数据信息的采集和管理，并对各节点实施远程监控。

· 成本低，便于使用维护。VSAT卫星通信成本与距离无关，其通信成本主要由卫星转发器租费、主子站系统设备折旧和软硬件设备的运行费用及人员工资等组成，与通信距离无关。随着VSAT卫星通信市场的发展，包括转发器租费、系统设备和卫星小站设备价格会逐步下降，VSAT通信业务经营成本会进一步降低。此外，用户可根据自身活动范围，灵活的选择波段和覆盖范围，从而节省费用。

VSAT系统还具有投资小、建设周期短、传输距离远、信号质量好、设备体积小、便于安装、使用维护方便等特点，因此在海洋通信等边远、不易到达地区的通信中发挥着重要作用。

四、VSAT通信系统展望

VSAT 卫星通信系统以其独特的方式在信息通信领域里扮演着重要的角色，其网络建设已经遍布世界各地。它支持着话音、数据和图象等多种业务。在广阔的公共电信网络中，对于远距离的小容量通信，以及地面蜂窝网的组网方面，VSAT 系统发挥着重要的作用。未来的VSAT通信系统正在和将向更高频段，更高速率、容量，更多种类业务服务，更高智能化，宽带化，全IP化等方向发展。

五、结束语

由于多变的海洋环境、广阔的通信范围等因素的限制，对于海上平台来说，所能提供的通信手段相对贫乏，且对通信系统也提出了很高的要求。VSAT卫星通信系统以其自身的技术得点和优势，使其能够涉足海上通信领域，并取得良好的市场效果。随着VSAT系统技术的不断更新，VSAT系统必将在海洋通信领域获得更好的发展。

参 考 文 献

[1] 吴诗其，吴廷勇等.卫星通信导论（第2版）.电子工业出版社，2008.

[2] 常 奕.基于VSAT卫星通信的视频会议系统. 大众科技，2008，No.8，，18-19

[3] 姚寿君.宽带化的VSAT卫星通信. 现代通信，2004，第5期，5-6