目前，我國自主研制的Ka頻段高通量通信衛(wèi)星受到廣泛關注。這顆衛(wèi)星投入運營后，我國將正式步入使用國產Ka頻段寬帶衛(wèi)星進行多媒體通信的嶄新時代。
　　作為無線通信的特定形式，衛(wèi)星通信有哪些頻段？我國緣何開展Ka頻段寬帶通信衛(wèi)星的研究？它將給人們的現(xiàn)代生活帶來哪些影響？未來應用前景如何？中國航天報記者就此進行了調查采訪。
　　調查背景：軌位和頻率資源緊張Ka頻段優(yōu)勢獨具
　　中國衛(wèi)通集團有限公司副總工程師沈永言告訴記者，衛(wèi)星通信使用到的頻段有很多，目前涵蓋L、S、C、Ku、Ka等頻段。這些頻段就類似架設在太空與地球之間 的多條行車道，信息通過疊加在某一頻段內的載波上進行傳送，從而實現(xiàn)端到端的通信。這其中，信息就相當于乘客，載波就相當于汽車或渡船。沈永言說，頻段的范圍就相當于公路的寬度，直接影響到信息傳輸?shù)乃俣群蛿?shù)量。
　　他介紹，不同的頻段有不同的特點。一般來說，頻段越低，電波進入雨層中引起的衰 減越小，繞射能力越強，對終端天線的方向性要求也低，它較適合用于移動通信環(huán)境，但缺點是帶寬較小。而頻段越高，情況正好相反。人們早期使用的L、S頻段 就處于低端，傳遞話音、文字等低速率信息不成問題，但很難滿足當今社會多媒體視頻等寬帶內容的傳輸需求。而C、Ku頻段相對較高，它們傳輸容量較大，是目 前衛(wèi)星通信領域的主流頻段。
　　為什么世界各國都在爭相開發(fā)、應用Ka頻段的衛(wèi)星通信？中國航天科技集團公司科技委顧問、中國工程院院士張履謙 認為主要有兩方面的原因。一是C和Ku頻段的衛(wèi)星軌位十分緊張，地球赤道上空有限的地球同步衛(wèi)星軌位幾乎已被各國占滿；這兩個頻段內的頻率也被大量使用， 這迫使人們尋找、開發(fā)更高頻段來滿足新的通信需求。二是Ka頻段衛(wèi)星通信優(yōu)勢明顯，具體體現(xiàn)在三個方面：其一，Ka頻段工作范圍為26.5-40GHz， 遠超C頻段（3.95-8.2GHz）和Ku頻段（12.4-18.0GHz），可以利用的頻帶更寬，更能適應高清視頻等應用的傳輸需要；其二，由于頻率 高，衛(wèi)星天線增益可以做得較大，用戶終端天線可以做得更小更輕，這有利于靈活移動和使用；其三，運用多波束技術和相控陣技術，可以讓衛(wèi)星上的天線靈活地改 變指向，以滿足對多點通信和星上交換的應用需要。
　　關于Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信容量話題，沈永言形象地給記者打了個比方。C和Ku頻段的頻率工 作范圍相對有限，只能行駛30個座位的大巴，而Ka頻段的頻率工作范圍要大數(shù)倍，可以跑100個座位的大巴，承載能力變大不言自明。此外，多點波束和頻率 復用技術的運用相當于將單層大巴車改裝成了多層巴士，這使得衛(wèi)星通信容量得以數(shù)十倍甚至百倍以上的增加。
　　基于此，越來越多的國家把注意力和 研究重心放在了Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信的開發(fā)運用上。統(tǒng)計資料顯示，目前全球在軌的全Ka頻段寬帶通信衛(wèi)星有20余顆，2016年全球Ka頻段商用通信衛(wèi)星 將達50顆左右。就我國而言，加緊Ka頻段衛(wèi)星研制及相關應用研究，對于跟蹤國際先進衛(wèi)星通信技術、更好地利用航天技術服務民眾生活，其意義十分重大。
　　應用前景：Ka頻段寬帶通信衛(wèi)星能給生活帶來哪些改變？
　　隨 著技術進步和人民生活水平的提高，簡單的語音對話、文字溝通早已不能滿足人們溝通交流的需求。坐在電視前，人們更喜愛觀看高清視頻節(jié)目；網上沖浪，人們需 要賞心悅目的超媒體內容和更流暢的網速；乘坐車船飛機旅行，人們也希望享受無限WiFi的暢爽；甚至作為新聞工作者，全時空傳播的發(fā)展趨勢也要求記者能在 偏遠地區(qū)和通信中斷等惡劣環(huán)境下，迅速傳遞音視頻資料，將新聞資訊在第一時間呈現(xiàn)給觀眾……，而這一切需求，Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信都能夠輕松滿足。
　　對Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信的應用領域，沈永言進行了梳理：面向千家萬戶的寬帶接入服務、企業(yè)聯(lián)網、移動運營商的基站中繼和應急備份、機載車載船載“動中通”通信，高清視頻采集和分發(fā)、區(qū)域性衛(wèi)星電視直播等。
　　沈永言說，中國人口眾多、地域遼闊、發(fā)展不均衡，在中東部地區(qū)地面光纖網絡輕松走入普通人家的時候，西部偏遠山區(qū)的人們卻因光纖鋪設成本高、施工難度大而無緣享受寬帶上網等信息服務，百姓平等接受信息服務的權利尚難保障。
　　相比為幾十戶山村鋪設數(shù)十公里光纜的巨額投入和運行維護成本，通過Ka頻段寬帶衛(wèi)星一步到位實現(xiàn)衛(wèi)星通信，其綜合性價比更高。在高鐵沿線搭設基站和光纜提供WiFi聯(lián)網服務也一樣，顯然不如通過Ka頻段寬帶衛(wèi)星來的更簡單有效。
　　但是，Ka頻段寬帶衛(wèi)星也不是完美無缺，其用戶終端和使用費用相對偏高，這就需要政府出面協(xié)調解決。例如澳大利亞實施了NBN寬帶計劃，由政府對寬帶衛(wèi)星用戶終端提供補貼，以讓衛(wèi)星運營商、衛(wèi)星終端設備提供商、地面服務提供商、終端用戶等各取所需。
　　采 訪中，沈永言強烈呼吁我國有關方面加大對Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信的重視力度，在財政等政策等方面給予必要的扶持。他認為，從國家層面推進Ka頻段寬帶衛(wèi)星通 信廣泛應用，至少有三個方面的益處：一是有利于我國通信衛(wèi)星技術的快速進步、增強航天綜合實力；二是帶動激發(fā)衛(wèi)星應用產業(yè)蓬勃發(fā)展，讓民眾從中獲得更加暢 爽的使用體驗；三是實現(xiàn)對百姓基本信息權利的有效保障，縮小信息化過程中的“數(shù)字鴻溝”，最終實現(xiàn)國家、企業(yè)、用戶的互利共贏。
　　現(xiàn)狀研究：ka頻段寬帶衛(wèi)星通信之我國研究
　　國外對于Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信研究早在上世紀八九十年代就開始了。張履謙記得，那時他在對歐洲衛(wèi)星通信技術的考察中就注意到了國外企業(yè)對于Ka頻段應用的研究?；貒螅c同行的專家一道，撰寫了我國應加緊跟蹤研究Ka頻段應用的報告并提交給了有關部門。
　　2005年，美國Wild Blue通信公司成功發(fā)射了世界上第一顆全Ka頻段寬帶通信衛(wèi)星并開始試點應用。此后，各國的Ka頻段寬帶通信衛(wèi)星開始向著系統(tǒng)容量更大、用戶終端更小、業(yè)務速率更大的高通量方向發(fā)展。Ka頻段的優(yōu)勢和廣闊應用前景為更多國家所關注。
　　“十 一五”以來，五院通信衛(wèi)星事業(yè)部、中國衛(wèi)通等單位參與的“寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)關鍵技術研究”課題立項并獲得深入研究。該課題涵蓋Ka頻段寬帶衛(wèi)星的應用模 式、用戶需求、系統(tǒng)方案、地面終端等內容。此外，“國家雙向寬帶多媒體教育衛(wèi)星”論證對大容量寬帶衛(wèi)星提出了天地一體化系統(tǒng)解決方案，這些都為我國的Ka 頻段高通量通信衛(wèi)星研制奠定了重要基礎。
　　沈永言介紹，由于技術體制等緣故，我國現(xiàn)有的衛(wèi)星運控系統(tǒng)與Ka頻段衛(wèi)星并不能匹配，Ka頻段高通 量通信衛(wèi)星的地面運控系統(tǒng)也要全新設計、建設。與C和Ku頻段傳統(tǒng)衛(wèi)星不同的是，Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設計更加注重天地一體，衛(wèi)星運營商不能僅僅考 慮空間段衛(wèi)星的運行管理，還要合理規(guī)劃和應用地面段網絡，其中，涉及產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)利益的商業(yè)模式創(chuàng)新極為重要。
　　他打比方說：“以前中國衛(wèi) 通一般只需要向用戶提供轉發(fā)器資源及監(jiān)測等服務，地面網絡的組建和運維由用戶自己承擔，就像是“賣面粉”。然而在Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信時代，中國衛(wèi)通要負 責建設地面關口站及相關運營支撐系統(tǒng)，以形成向用戶直接提供服務的能力，要由“賣面粉”轉為直接“賣饅頭或面包”。雖然，衛(wèi)星網絡是整體性的，但是在商業(yè) 運營過程中，可能要動用批發(fā)、代理、虛擬運營等多種商業(yè)模式，來調動各方的積極性，形成完整的商業(yè)生態(tài)。
　　對我國來說，使用國產Ka頻段寬帶衛(wèi)星進行多媒體通信的嶄新時代并不遙遠，呼之欲來，但通信衛(wèi)星的技術革新永遠不會就此停步。當記者請張履謙談談未來通信衛(wèi)星的技術發(fā)展方向并概括出幾個條 目時，他顯得有些為難。他笑著對記者說：“人們的需求和技術創(chuàng)新引領著衛(wèi)星通信技術的向前發(fā)展，這是很難用幾條標準概括出來的?！?br /> 　　在他看來，當今社會大數(shù)據(jù)、云計算、多源信息融合、移動互聯(lián)網、多星組網、陸?？仗煨畔⒕W和信息安全保障等技術的迅速發(fā)展，對通信技術提出了更多更新更高的要 求，除了要發(fā)展Ka頻段通信技術以外，也要大力發(fā)展光通信、太赫茲和量子通信等技術。張履謙談道，通過不懈創(chuàng)新和自我變革來滿足人們對于通信不斷涌現(xiàn)的新 需求，衛(wèi)星和通信領域工作者，永遠在路上。
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