目前，我國(guó)自主研制的Ka頻段高通量通信衛(wèi)星受到廣泛關(guān)注。這顆衛(wèi)星投入運(yùn)營(yíng)后，我國(guó)將正式步入使用國(guó)產(chǎn)Ka頻段寬帶衛(wèi)星進(jìn)行多媒體通信的嶄新時(shí)代。
　　作為無(wú)線通信的特定形式，衛(wèi)星通信有哪些頻段？我國(guó)緣何開(kāi)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(lái)哪些影響？未來(lái)應(yīng)用前景如何？中國(guó)航天報(bào)記者就此進(jìn)行了調(diào)查采訪。
　　調(diào)查背景：軌位和頻率資源緊張Ka頻段優(yōu)勢(shì)獨(dú)具
　　中國(guó)衛(wèi)通集團(tuán)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(lèi)似架設(shè)在太空與地球之間 的多條行車(chē)道，信息通過(guò)疊加在某一頻段內(nèi)的載波上進(jìn)行傳送，從而實(shí)現(xiàn)端到端的通信。這其中，信息就相當(dāng)于乘客，載波就相當(dāng)于汽車(chē)或渡船。沈永言說(shuō)，頻段的范圍就相當(dāng)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(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，頻段越低，電波進(jìn)入雨層中引起的衰 減越小，繞射能力越強(qiáng)，對(duì)終端天線的方向性要求也低，它較適合用于移動(dòng)通信環(huán)境，但缺點(diǎn)是帶寬較小。而頻段越高，情況正好相反。人們?cè)缙谑褂玫腖、S頻段 就處于低端，傳遞話(huà)音、文字等低速率信息不成問(wèn)題，但很難滿(mǎn)足當(dāng)今社會(huì)多媒體視頻等寬帶內(nèi)容的傳輸需求。而C、Ku頻段相對(duì)較高，它們傳輸容量較大，是目 前衛(wèi)星通信領(lǐng)域的主流頻段。
　　為什么世界各國(guó)都在爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)、應(yīng)用Ka頻段的衛(wèi)星通信？中國(guó)航天科技集團(tuán)公司科技委顧問(wèn)、中國(guó)工程院院士張履謙 認(rèn)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(guó)占滿(mǎn)；這兩個(gè)頻段內(nèi)的頻率也被大量使用， 這迫使人們尋找、開(kāi)發(fā)更高頻段來(lái)滿(mǎn)足新的通信需求。二是Ka頻段衛(wèi)星通信優(yōu)勢(shì)明顯，具體體現(xiàn)在三個(gè)方面：其一，Ka頻段工作范圍為26.5-40GHz， 遠(yuǎn)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(yīng)高清視頻等應(yīng)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(hù)終端天線可以做得更小更輕，這有利于靈活移動(dòng)和使用；其三，運(yùn)用多波束技術(shù)和相控陣技術(shù)，可以讓衛(wèi)星上的天線靈活地改 變指向，以滿(mǎn)足對(duì)多點(diǎn)通信和星上交換的應(yīng)用需要。
　　關(guān)于Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信容量話(huà)題，沈永言形象地給記者打了個(gè)比方。C和Ku頻段的頻率工 作范圍相對(duì)有限，只能行駛30個(gè)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(gè)座位的大巴，承載能力變大不言自明。此外，多點(diǎn)波束和頻率 復(fù)用技術(shù)的運(yùn)用相當(dāng)于將單層大巴車(chē)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(lái)越多的國(guó)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(kāi)發(fā)運(yùn)用上。統(tǒng)計(jì)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(dá)50顆左右。就我國(guó)而言，加緊Ka頻段衛(wèi)星研制及相關(guān)應(yīng)用研究，對(duì)于跟蹤國(guó)際先進(jìn)衛(wèi)星通信技術(shù)、更好地利用航天技術(shù)服務(wù)民眾生活，其意義十分重大。
　　應(yīng)用前景：Ka頻段寬帶通信衛(wèi)星能給生活帶來(lái)哪些改變？
　　隨 著技術(shù)進(jìn)步和人民生活水平的提高，簡(jiǎn)單的語(yǔ)音對(duì)話(huà)、文字溝通早已不能滿(mǎn)足人們溝通交流的需求。坐在電視前，人們更喜愛(ài)觀看高清視頻節(jié)目；網(wǎng)上沖浪，人們需 要賞心悅目的超媒體內(nèi)容和更流暢的網(wǎng)速；乘坐車(chē)船飛機(jī)旅行，人們也希望享受無(wú)限WiFi的暢爽；甚至作為新聞工作者，全時(shí)空傳播的發(fā)展趨勢(shì)也要求記者能在 偏遠(yuǎn)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(shí)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(mǎn)足。
　　對(duì)Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信的應(yīng)用領(lǐng)域，沈永言進(jìn)行了梳理：面向千家萬(wàn)戶(hù)的寬帶接入服務(wù)、企業(yè)聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的基站中繼和應(yīng)急備份、機(jī)載車(chē)載船載“動(dòng)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(shuō)，中國(guó)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(wǎng)絡(luò)輕松走入普通人家的時(shí)候，西部偏遠(yuǎn)山區(qū)的人們卻因光纖鋪設(shè)成本高、施工難度大而無(wú)緣享受寬帶上網(wǎng)等信息服務(wù)，百姓平等接受信息服務(wù)的權(quán)利尚難保障。
　　相比為幾十戶(hù)山村鋪設(shè)數(shù)十公里光纜的巨額投入和運(yùn)行維護(hù)成本，通過(guò)Ka頻段寬帶衛(wèi)星一步到位實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信，其綜合性?xún)r(jià)比更高。在高鐵沿線搭設(shè)基站和光纜提供WiFi聯(lián)網(wǎng)服務(wù)也一樣，顯然不如通過(guò)Ka頻段寬帶衛(wèi)星來(lái)的更簡(jiǎn)單有效。
　　但是，Ka頻段寬帶衛(wèi)星也不是完美無(wú)缺，其用戶(hù)終端和使用費(fèi)用相對(duì)偏高，這就需要政府出面協(xié)調(diào)解決。例如澳大利亞實(shí)施了NBN寬帶計(jì)劃，由政府對(duì)寬帶衛(wèi)星用戶(hù)終端提供補(bǔ)貼，以讓衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商、衛(wèi)星終端設(shè)備提供商、地面服務(wù)提供商、終端用戶(hù)等各取所需。
　　采 訪中，沈永言強(qiáng)烈呼吁我國(guó)有關(guān)方面加大對(duì)Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信的重視力度，在財(cái)政等政策等方面給予必要的扶持。他認(rèn)為，從國(guó)家層面推進(jìn)Ka頻段寬帶衛(wèi)星通 信廣泛應(yīng)用，至少有三個(gè)方面的益處：一是有利于我國(guó)通信衛(wèi)星技術(shù)的快速進(jìn)步、增強(qiáng)航天綜合實(shí)力；二是帶動(dòng)激發(fā)衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，讓民眾從中獲得更加暢 爽的使用體驗(yàn)；三是實(shí)現(xiàn)對(duì)百姓基本信息權(quán)利的有效保障，縮小信息化過(guò)程中的“數(shù)字鴻溝”，最終實(shí)現(xiàn)國(guó)家、企業(yè)、用戶(hù)的互利共贏。
　　現(xiàn)狀研究：ka頻段寬帶衛(wèi)星通信之我國(guó)研究
　　國(guó)外對(duì)于Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信研究早在上世紀(jì)八九十年代就開(kāi)始了。張履謙記得，那時(shí)他在對(duì)歐洲衛(wèi)星通信技術(shù)的考察中就注意到了國(guó)外企業(yè)對(duì)于Ka頻段應(yīng)用的研究?；貒?guó)后，他與同行的專(zhuān)家一道，撰寫(xiě)了我國(guó)應(yīng)加緊跟蹤研究Ka頻段應(yīng)用的報(bào)告并提交給了有關(guān)部門(mén)。
　　2005年，美國(guó)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(kāi)始試點(diǎn)應(yīng)用。此后，各國(guó)的Ka頻段寬帶通信衛(wèi)星開(kāi)始向著系統(tǒng)容量更大、用戶(hù)終端更小、業(yè)務(wù)速率更大的高通量方向發(fā)展。Ka頻段的優(yōu)勢(shì)和廣闊應(yīng)用前景為更多國(guó)家所關(guān)注。
　　“十 一五”以來(lái)，五院通信衛(wèi)星事業(yè)部、中國(guó)衛(wèi)通等單位參與的“寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”課題立項(xiàng)并獲得深入研究。該課題涵蓋Ka頻段寬帶衛(wèi)星的應(yīng)用模 式、用戶(hù)需求、系統(tǒng)方案、地面終端等內(nèi)容。此外，“國(guó)家雙向?qū)拵Ф嗝襟w教育衛(wèi)星”論證對(duì)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(guó)的Ka 頻段高通量通信衛(wèi)星研制奠定了重要基礎(chǔ)。
　　沈永言介紹，由于技術(shù)體制等緣故，我國(guó)現(xiàn)有的衛(wèi)星運(yùn)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(yùn)控系統(tǒng)也要全新設(shè)計(jì)、建設(shè)。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(shè)計(jì)更加注重天地一體，衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商不能僅僅考 慮空間段衛(wèi)星的運(yùn)行管理，還要合理規(guī)劃和應(yīng)用地面段網(wǎng)絡(luò)，其中，涉及產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)利益的商業(yè)模式創(chuàng)新極為重要。
　　他打比方說(shuō)：“以前中國(guó)衛(wèi) 通一般只需要向用戶(hù)提供轉(zhuǎn)發(fā)器資源及監(jiān)測(cè)等服務(wù)，地面網(wǎng)絡(luò)的組建和運(yùn)維由用戶(hù)自己承擔(dān)，就像是“賣(mài)面粉”。然而在Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信時(shí)代，中國(guó)衛(wèi)通要負(fù) 責(zé)建設(shè)地面關(guān)口站及相關(guān)運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)，以形成向用戶(hù)直接提供服務(wù)的能力，要由“賣(mài)面粉”轉(zhuǎn)為直接“賣(mài)饅頭或面包”。雖然，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是整體性的，但是在商業(yè) 運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，可能要?jiǎng)佑门l(fā)、代理、虛擬運(yùn)營(yíng)等多種商業(yè)模式，來(lái)調(diào)動(dòng)各方的積極性，形成完整的商業(yè)生態(tài)。
　　對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，使用國(guó)產(chǎn)Ka頻段寬帶衛(wèi)星進(jìn)行多媒體通信的嶄新時(shí)代并不遙遠(yuǎn)，呼之欲來(lái)，但通信衛(wèi)星的技術(shù)革新永遠(yuǎn)不會(huì)就此停步。當(dāng)記者請(qǐng)張履謙談?wù)勎磥?lái)通信衛(wèi)星的技術(shù)發(fā)展方向并概括出幾個(gè)條 目時(shí)，他顯得有些為難。他笑著對(duì)記者說(shuō)：“人們的需求和技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)著衛(wèi)星通信技術(shù)的向前發(fā)展，這是很難用幾條標(biāo)準(zhǔn)概括出來(lái)的?！?br /> 　　在他看來(lái)，當(dāng)今社會(huì)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、多源信息融合、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、多星組網(wǎng)、陸?？仗煨畔⒕W(wǎng)和信息安全保障等技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)通信技術(shù)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(shù)以外，也要大力發(fā)展光通信、太赫茲和量子通信等技術(shù)。張履謙談道，通過(guò)不懈創(chuàng)新和自我變革來(lái)滿(mǎn)足人們對(duì)于通信不斷涌現(xiàn)的新 需求，衛(wèi)星和通信領(lǐng)域工作者，永遠(yuǎn)在路上。
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