Ka宽带卫星网络平台中便携站的集成与应用模式

赵淑瑶，赵克，施永新

（中国卫通集团股份有限公司，北京 100094）

1 引言

2017年4月12日，中星16号卫星在西昌卫星发射中心成功发射，开启了我国商用Ka宽带卫星的先河。随着卫星的发射升空，与其相应的地面系统与应用平台也逐步完善。Ka宽带网络以其带宽大、费用低、终端尺寸小等优点，在卫星通信市场上有着得天独厚的优势。商用Ka卫星的发射和平台的建设引领了Ka终端开发的热潮，多种型号的终端都进行了上星测试。其中，便携站应用因其携带方便，成本低等特点，成为了各个厂家研发的重点。

2 Ka宽带卫星网络平台

Ka宽带卫星网络平台组网方式为星状网，如图1所示，卫星链路前向采用DVB-S2体制，系统采用自适应编码调制技术、上行功率控制和星上ALC技术；反向采用DVB-RCS体制，使用动态信道、自适应上行功率控制、自动载波抑制等技术。

全系统使用IP协议通信，基于IP协议的HTTP加速、TCP加速、QoS服务等技术有效地为用户提供了接近地面光纤网的用户体验。

3 终端入网模式与便携站种类

3.1 Ka终端组成

典型的Ka终端由Ka天线、收发信机和卫星调制解调器组成。卫星调制解调器也可与收发信机集成形成一体化设备，采用一体化设备的Ka终端组成更为简化，由天线和一体化设备组成。

现有Ka宽带卫星网络平台支持的卫星调制解调器分为三种：高级企业型Modem、小企业型Modem以及一体化设备。高级企业型Modem可以支持最大下行150 Mbit/s上行12 Mbit/s的信息速率，同时可支持SCPC、动中通、二层接入等高级功能。小企业型Modem和一体化设备可以支持最大下行40 Mbit/s上行12 Mbit/s的信息速率，可满足大多数用户的带宽需要。

图1 Ka宽带卫星网络平台架构

高级企业型Modem和企业型Modem通过两根中频线缆与收发信机（以下简称XCVR）相连接，为XCVR提供直流供电和中频信号以及控制信号的输入输出。一体化设备在设备内部传输直流电、中频信号和控制信号，外部仅需要一根网线和一个PoE模块来进行数据传输和供电。

3.2 Ka终端入网模式

平台支持两种入网模式：固定站入网模式与动中通入网模式。

固定站入网模式如图2所示，只需卫星调制解调器与XCVR配合完成（一体化设备独立完成），所有卫星调制解调器都支持固定站入网模式。

动中通入网模式如图3 所示，终端需配置天线控制单元，入网时需卫星调制解调器、天线控制单元（以下简称ACU）与XCVR三者通过OpenAmip协议交互完成。目前只有高级企业型Modem能够支持动中通入网模式。

图2 固定站模式

图3 动中通入网模式

4 便携站种类

4.1 手动对星便携站

手动对星便携站使用固定站入网模式，将天线各部分组装好并加电后，进入调制解调器控制界面，手动输入入网参数，在对星界面完成手动对星，对星完成后等待终端入网。对星过程中，可使用对星辅助工具完成。

手动便携站结构简单、重量轻、成本低、灵活度高、便于携带，但对用户的操作能力要求较高。

4.2 信标自动对星便携站

信标对星便携站使用固定站入网模式，将天线各部分组装好并加电后，进入调制解调器控制界面，手动输入入网参数，在对星界面完成一键信标对星，对星完成后等待终端入网。

信标对星的方式是ACU根据GPS信息计算方位俯仰角，大体确定扫描范围，并根据扫描范围内信标信号强弱变化来锁定卫星。信标对星的方式不需要ACU与卫星调制解调器交互，设计复杂度较低。

信标对星便携站结构较为简单，重量较轻，成本较低，操作便捷度较高，对星准确度高，不需要用户掌握复杂的手动对星操作能力。

4.3 载波自动对星便携站

载波对星便携站使用动中通入网模式，将天线各部分组装好并加电后，进入调制解调器控制界面，手动输入入网参数，与ACU建立连接后，在对星界面完成自动对星，对星完成后等待终端入网。

载波对星的方式是ACU根据GPS信息计算方位俯仰角，大体确定扫描范围，并根据扫描范围内业务载波的信号强弱来锁定卫星。由于载波对星方式使用动中通入网模式，ACU需要与卫星调制解调器使用OpenAmip接口进行数据交换，确认天线的对星状态，设计复杂度较高，但对星的准确性高。

载波对星便携站还支持加电自动对星入网功能。卫星调制解调器在完成首次入网后，再次加电时，调制解调器会根据ACU发送的当前GPS信息检索当前所在波束的频率和极化信息并反馈给ACU，后者根据频率和极化信息调整参数，重新进行锁星，锁定卫星后将自动入网。

载波对星便携站结构较复杂，重量较大，成本较高，操作便捷度高，对星准确度高，可实现加电自动对星入网，进一步降低了对用户操作能力的要求。

三种便携站的特性对比如表1所示。

5 设备集成

5.1 收发信机

5.1.1 收发信机简介

Ka宽带卫星网络平台应用要求集成标准的XCVR（Transceiver，卫星收发信机）。此XCVR包含了馈源、LNB、BUC和本振切换开关等部件。

XCVR包含两个本振不同的LNB，支持使用22 K信号切换LNB高低本振。XCVR不支持灵活的极化调整，需要便携站集成厂商进行改造，通过物理旋转馈源口或增加电子控制装置支持左旋和右旋两种圆极化方式的改变。

收发信机的接口包括信号输入端口（RX）和信号发射端口（TX），通过中频线缆和卫星调制解调器连接，并由卫星调制解调器供电。

5.1.2 安装方式

卫星收发信机的安装方式分为固定支架、馈源口支架、双反天线面背部等。

固定支架方式指的是直接将XCVR固定于天线的支撑杆上，可以根据不同需要调整卫星收发信机馈源口与天线面接收焦点的相对位置，灵活度高。

表1 各种便携站特性对比

馈源口支架方式指的是部分天线为了满足轻便易收藏的特性，将XCVR馈源头位置添加可拆卸支架，与天线支杆相连。

双反天线面背部安装指的是部分天线设计为双反射面，则天线的信号聚焦点在主反射面正中心，卫星收发信机的馈源口就可以放在主反射面中心，收发信机与天线集成一体。

5.1.3 极化切换方式

卫星收发信机的极化切换方式可分为手动切换和自动切换两类。

手动切换方式常用于手动对星便携站与信标对星便携站中，可控性强，但由于需要手工操作，容易出现极化旋转不到位的情况，影响信号接收强度。手动切换方式包含旋转馈源和旋转XCVR两种方式：旋转馈源的方式多用于单反射面天线；旋转XCVR的方式多用于双反射面天线。旋转XCVR的方式如果操作不当，容易造成线缆和馈源构件的损坏。

自动切换方式常用于载波对星便携站中，切换精度高，且其切换动作是根据卫星调制解调器所发信息自动完成，不需人工操作。自动切换由天线控制器控制电机完成，电机可选用步进电机或程控电机。

5.1.4 本振切换方式

卫星收发信机的本振切换可由卫星调制解调器或者天线控制器的22 K控制信号来完成。在固定站入网模式下，22 K信号由卫星调制解调器根据填写的入网参数手动选择发出。在动中通入网模式下，22 K信号由天线控制器判别后发出。

5.2 卫星调制解调器的集成

一体化设备支持内部LNB本振和极化的更改，都通过一体化设备控制界面的参数进行配置。一体化设备支持一个RJ45网线接口。

小企业型Modem和高级企业型Modem支持收发中频F头接口，支持RJ45网线接口，可提供22 K信号和13/18 V信号，可提供10 M参考源。高级企业型Modem还支持OpenAmip协议。

在很多应用场景下，便携站需要人工背负携带，对便携站的体积和轻便程度要求较高。因此可以选择不将卫星调制解调器集成到天线中，使用时用中频线连接XCVR和卫星调制解调器，也可对卫星调制解调器进行改装，将其集成到天线结构中。这样可提升产品的整体性，减小使用难度。

5.3 ACU的集成

信标对星便携站和载波对星便携站需要ACU来控制天线进行对星。在动中通入网模式中，卫星调制解调器无法提供22 K信号让XCVR切换本振，需要ACU来提供，并且此模式下需要ACU来提供实时GPS信息。除此之外，若使用自动极化切换的方式，则ACU负责控制XCVR的极化切换开关进行极化切换。

一般ACU集成方式有两种，一种是将控制组件与轴承组件集成于天线立柱内部，这样能提升天线的整体性和美观度；另一种方式是将控制组件和轴承组件分开集成，将控制组件与卫星调制解调器、蓝牙模块、Wi-Fi模块等集成一体，与轴承组件通过线缆方式连接，易于携带。

5.4 适配电源的集成

5.4.1 交流电源供电

外接电源供电方式可为便携站提供源源不断的供电，可支撑大功率电机工作。采用外接调制解调器方式的便携站可不集成整流器，集成调制解调器板卡则需同时集成整流器。此外，为保证天线整体稳定工作，还需额外配置稳压器，这样会使便携站整体重量增加。

5.4.2 电池直流供电

电池直流供电的方式优点是让便携站的使用不受制于时间地点，即开即用。但终端整体续航时间受电池容量和重量限制。电池可采用集成和外挂两种方式：集成电池可增加产品的整体性，但增加了重量，不便于充电，无法托运；外挂电池的方式扩展性好，可自由携带多块电池，便于充电，便于天线的托运。

6 总结

本文简单探讨了Ka宽带卫星网络平台下便携站的集成方式和使用方式。在探讨中可以发现，不同种类的便携站有着不同的优化方向。

手动对星便携站用户一般追求轻便、灵活与牢靠，在此基础上保证高集成度。基于此设定，馈源口支架式的XCVR集成+自带卫星调制解调器+外挂电池的方式更符合使用这种使用要求。可以设想将卫星调制解调器、Wi-Fi模块与电池接口集成，再用中频线与天线部分连接，既轻便灵活又保证了集成度。

自动对星便携站用户更看重操作的简便性与产品的高集成度。基于此设定，双反天线面+卫星调制解调器、Wi-Fi高度集成化设计会更符合使用需求。

上述两种研发的方向是根据现有产品和用户需求进行的合理设想，但无论便携站是何种设计理念，符合用户的使用需求才是最终目的。