新闻调查:目前,我国自主研制的Ka频段高通量通信卫星受到广泛关注。这颗卫星投入运营后,我国将正式步入使用国产Ka频段宽带卫星进行多媒体通信的崭新时代。

作为无线通信的特定形式,卫星通信有哪些频段?我国缘何开展Ka频段宽带通信卫星的研究?它将给人们的现代生活带来哪些影响?未来应用前景如何?中国航天报记者就此进行了调查采访。

调查背景:轨位和频率资源紧张Ka频段优势独具

中国卫通集团有限公司副总工程师沈永言告诉记者,卫星通信使用到的频段有很多,目前涵盖L、S、C、Ku、Ka等频段。这些频段就类似架设在太空与地球之间的多条行车道,信息通过叠加在某一频段内的载波上进行传送,从而实现端到端的通信。这其中,信息就相当于乘客,载波就相当于汽车或渡船。沈永言说,频段的范围就相当于公路的宽度,直接影响到信息传输的速度和数量。

他介绍,不同的频段有不同的特点。一般来说,频段越低,电波进入雨层中引起的衰减越小,绕射能力越强,对终端天线的方向性要求也低,它较适合用于移动通信环境,但缺点是带宽较小。而频段越高,情况正好相反。人们早期使用的L、S频段就处于低端,传递话音、文字等低速率信息不成问题,但很难满足当今社会多媒体视频等宽带内容的传输需求。而C、Ku频段相对较高,它们传输容量较大,是目前卫星通信领域的主流频段。

为什么世界各国都在争相开发、应用Ka频段的卫星通信?中国航天科技集团公司科技委顾问、中国工程院院士张履谦认为主要有两方面的原因。一是C和Ku频段的卫星轨位十分紧张,地球赤道上空有限的地球同步卫星轨位几乎已被各国占满;这两个频段内的频率也被大量使用,这迫使人们寻找、开发更高频段来满足新的通信需求。二是Ka频段卫星通信优势明显,具体体现在三个方面:其一,Ka频段工作范围为26.5-40GHz,远超C频段(3.95-8.2GHz)和Ku频段(12.4-18.0GHz),可以利用的频带更宽,更能适应高清视频等应用的传输需要;其二,由于频率高,卫星天线增益可以做得较大,用户终端天线可以做得更小更轻,这有利于灵活移动和使用;其三,运用多波束技术和相控阵技术,可以让卫星上的天线灵活地改变指向,以满足对多点通信和星上交换的应用需要。

关于Ka频段宽带卫星通信容量话题,沈永言形象地给记者打了个比方。C和Ku频段的频率工作范围相对有限,只能行驶30个座位的大巴,而Ka频段的频率工作范围要大数倍,可以跑100个座位的大巴,承载能力变大不言自明。此外,多点波束和频率复用技术的运用相当于将单层大巴车改装成了多层巴士,这使得卫星通信容量得以数十倍甚至百倍以上的增加。

基于此,越来越多的国家把注意力和研究重心放在了Ka频段宽带卫星通信的开发运用上。统计资料显示,目前全球在轨的全Ka频段宽带通信卫星有20余颗,2016年全球Ka频段商用通信卫星将达50颗左右。就我国而言,加紧Ka频段卫星研制及相关应用研究,对于跟踪国际先进卫星通信技术、更好地利用航天技术服务民众生活,其意义十分重大。

应用前景:Ka频段宽带通信卫星能给生活带来哪些改变?

随着技术进步和人民生活水平的提高,简单的语音对话、文字沟通早已不能满足人们沟通交流的需求。坐在电视前,人们更喜爱观看高清视频节目;网上冲浪,人们需要赏心悦目的超媒体内容和更流畅的网速;乘坐车船飞机旅行,人们也希望享受无限WiFi的畅爽;甚至作为新闻工作者,全时空传播的发展趋势也要求记者能在偏远地区和通信中断等恶劣环境下,迅速传递音视频资料,将新闻资讯在第一时间呈现给观众……,而这一切需求,Ka频段宽带卫星通信都能够轻松满足。

对Ka频段宽带卫星通信的应用领域,沈永言进行了梳理:面向千家万户的宽带接入服务、企业联网、移动运营商的基站中继和应急备份、机载车载船载“动中通”通信,高清视频采集和分发、区域性卫星电视直播等。

沈永言说,中国人口众多、地域辽阔、发展不均衡,在中东部地区地面光纤网络轻松走入普通人家的时候,西部偏远山区的人们却因光纤铺设成本高、施工难度大而无缘享受宽带上网等信息服务,百姓平等接受信息服务的权利尚难保障。

相比为几十户山村铺设数十公里光缆的巨额投入和运行维护成本,通过Ka频段宽带卫星一步到位实现卫星通信,其综合性价比更高。在高铁沿线搭设基站和光缆提供WiFi联网服务也一样,显然不如通过Ka频段宽带卫星来的更简单有效。

但是,Ka频段宽带卫星也不是完美无缺,其用户终端和使用费用相对偏高,这就需要政府出面协调解决。例如澳大利亚实施了NBN宽带计划,由政府对宽带卫星用户终端提供补贴,以让卫星运营商、卫星终端设备提供商、地面服务提供商、终端用户等各取所需。

采访中,沈永言强烈呼吁我国有关方面加大对Ka频段宽带卫星通信的重视力度,在财政等政策等方面给予必要的扶持。他认为,从国家层面推进Ka频段宽带卫星通信广泛应用,至少有三个方面的益处:一是有利于我国通信卫星技术的快速进步、增强航天综合实力;二是带动激发卫星应用产业蓬勃发展,让民众从中获得更加畅爽的使用体验;三是实现对百姓基本信息权利的有效保障,缩小信息化过程中的“数字鸿沟”,最终实现国家、企业、用户的互利共赢。

现状研究:ka频段宽带卫星通信之我国研究

国外对于Ka频段宽带卫星通信研究早在上世纪八九十年代就开始了。张履谦记得,那时他在对欧洲卫星通信技术的考察中就注意到了国外企业对于Ka频段应用的研究。回国后,他与同行的专家一道,撰写了我国应加紧跟踪研究Ka频段应用的报告并提交给了有关部门。

2005年,美国Wild Blue通信公司成功发射了世界上第一颗全Ka频段宽带通信卫星并开始试点应用。此后,各国的Ka频段宽带通信卫星开始向着系统容量更大、用户终端更小、业务速率更大的高通量方向发展。Ka频段的优势和广阔应用前景为更多国家所关注。

“十一五”以来,五院通信卫星事业部、中国卫通等单位参与的“宽带多媒体卫星系统关键技术研究”课题立项并获得深入研究。该课题涵盖Ka频段宽带卫星的应用模式、用户需求、系统方案、地面终端等内容。此外,“国家双向宽带多媒体教育卫星”论证对大容量宽带卫星提出了天地一体化系统解决方案,这些都为我国的Ka频段高通量通信卫星研制奠定了重要基础。

沈永言介绍,由于技术体制等缘故,我国现有的卫星运控系统与Ka频段卫星并不能匹配,Ka频段高通量通信卫星的地面运控系统也要全新设计、建设。与C和Ku频段传统卫星不同的是,Ka频段宽带卫星通信系统的设计更加注重天地一体,卫星运营商不能仅仅考虑空间段卫星的运行管理,还要合理规划和应用地面段网络,其中,涉及产业链各个环节利益的商业模式创新极为重要。

他打比方说:“以前中国卫通一般只需要向用户提供转发器资源及监测等服务,地面网络的组建和运维由用户自己承担,就像是“卖面粉”。然而在Ka频段宽带卫星通信时代,中国卫通要负责建设地面关口站及相关运营支撑系统,以形成向用户直接提供服务的能力,要由“卖面粉”转为直接“卖馒头或面包”。虽然,卫星网络是整体性的,但是在商业运营过程中,可能要动用批发、代理、虚拟运营等多种商业模式,来调动各方的积极性,形成完整的商业生态。

对我国来说,使用国产Ka频段宽带卫星进行多媒体通信的崭新时代并不遥远,呼之欲来,但通信卫星的技术革新永远不会就此停步。当记者请张履谦谈谈未来通信卫星的技术发展方向并概括出几个条目时,他显得有些为难。他笑着对记者说:“人们的需求和技术创新引领着卫星通信技术的向前发展,这是很难用几条标准概括出来的。”

在他看来,当今社会大数据、云计算、多源信息融合、移动互联网、多星组网、陆海空天信息网和信息安全保障等技术的迅速发展,对通信技术提出了更多更新更高的要求,除了要发展Ka频段通信技术以外,也要大力发展光通信、太赫兹和量子通信等技术。张履谦谈道,通过不懈创新和自我变革来满足人们对于通信不断涌现的新需求,卫星和通信领域工作者,永远在路上。

 

 

 

 

 


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