Ka波段衛(wèi)星通信在海洋平臺應(yīng)用前景探討

1、    ka波段衛(wèi)星通信在海洋平臺應(yīng)用前景探討    齊樹毅 摘要：通過介紹ka波段衛(wèi)星通信應(yīng)用在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，分析ka波段衛(wèi)星通信相比c和ku波段衛(wèi)星通信的優(yōu)勢及發(fā)展前景，并對ka波段這一大帶寬衛(wèi)星通信技術(shù)在中海洋石油行業(yè)應(yīng)用進行了展望。關(guān)鍵詞：ka波段;衛(wèi)星通信;帶寬ka波段衛(wèi)星通信目前在國內(nèi)應(yīng)用剛剛起步，但在國際上很多國家特別是歐美等國都已率先投入使用，并且得到了蓬勃發(fā)展。中國海洋石油行業(yè)應(yīng)用的衛(wèi)星通信目前幾乎全部使用c或者ku兩上波段，隨著海洋石油行業(yè)的國際化合作模式愈來愈明顯，中國公司將有更多地機會參與到國外項目的工程設(shè)計中去，比如筆者近期

2、曾參與澳大利亞一個fpso項目的投標(biāo)，在該項目的規(guī)格書中明確提到了衛(wèi)星通信要采用ka波段，因此我們有必要對ka波段衛(wèi)星通信的應(yīng)用和發(fā)展有所了解。一、 ka波段衛(wèi)星通信使用到的波段有很多，目前涵蓋l、s、c、ku、ka等波段。不同的波段有不同的特點，一般來說，波段越低，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。而波段越高，情況正好相反。人們早期使用的l、s波段就處于低端，傳遞話音、文字等低速率信息不成問題，但很難滿足當(dāng)今社會多媒體視頻等寬帶內(nèi)容的傳輸需求。而c、ku波段相對較高，它們傳輸容量較大，是目前衛(wèi)星通信領(lǐng)域的主流波

3、段。世界各國都在爭相開發(fā)應(yīng)用ka波段的衛(wèi)星通信，這主要有兩方面的原因：一是c和ku波段的衛(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;這兩個波段內(nèi)的頻率也被大量使用，這迫使人們尋找、開發(fā)更高波段來滿足新的通信需求;二是ka波段衛(wèi)星通信優(yōu)勢明顯，具體體現(xiàn)在三個方面：其一，ka波段工作范圍為26.5-40ghz，遠(yuǎn)超c波段（3.95-8.2ghz）和ku波段（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(shù)和相控陣技術(shù)，可以

4、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(yīng)用需要。ka波段寬帶衛(wèi)星也不是完美無缺，ka波段的缺點是雨衰較大，對器件和工藝的需求較高，但這些都可以采取相關(guān)技術(shù)手段予以克服。二、 國外ka波段衛(wèi)星發(fā)展就寬帶衛(wèi)星通信容量而言，c和ku波段的頻率工作范圍相對有限，而ka波段的頻率工作范圍要大數(shù)倍，承載能力大很多。此外，多點波束和頻率復(fù)用技術(shù)的運用使得衛(wèi)星通信容量得以數(shù)十倍甚至百倍以上的增加?；诖?，越來越多的國家把注意力和研究重心放在了ka波段寬帶衛(wèi)星通信的開發(fā)運用上。統(tǒng)計資料顯示，截至2016年6月30日目前全球在軌運行的ka波段衛(wèi)星共59顆，其中全ka星13顆（即沒有搭載其他波段

5、轉(zhuǎn)發(fā)器），2019年（含）將到達(dá)壽命終期的衛(wèi)星共6顆，全部位于西經(jīng)弧段（8° w、85° w、 95° w、105° w、111.1° w 和 121° w）。2020年前計劃發(fā)射的ka波段衛(wèi)星共31顆，其中全ka星10顆。從覆蓋區(qū)域看，目前在軌的ka波段衛(wèi)星，有24顆覆蓋中東，22顆覆蓋歐洲，18顆覆蓋亞洲，17顆覆蓋非洲，12顆覆蓋南北美，可以看出 ka 波段衛(wèi)星在全球范圍內(nèi)都有廣泛的應(yīng)用。對于在建的ka波段衛(wèi)星，根據(jù)已掌握的數(shù)據(jù)，有4顆覆蓋中東，7顆覆蓋歐洲，7顆覆蓋亞洲，7顆覆蓋非洲，9顆覆蓋南北美，可以看出，亞非歐美等區(qū)域?qū)?/p>

6、于ka寬帶通信衛(wèi)星都有迫切的應(yīng)用需求，ka波段發(fā)展具有廣闊的市場應(yīng)用前景。三、 國內(nèi)ka波段衛(wèi)星發(fā)展就我國而言，加緊ka波段衛(wèi)星研制及相關(guān)應(yīng)用研究，對于跟蹤國際先進衛(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。中國目前規(guī)劃發(fā)展寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的商業(yè)衛(wèi)星運營商，主要包括中國衛(wèi)通集團有限公司、香港亞洲衛(wèi)星公司和中國航天科工集團公司。為適應(yīng)寬帶衛(wèi)星通信市場的發(fā)展要求，滿足廣大用戶對于寬帶接入、機載通信、遠(yuǎn)程教育、新聞采集、企業(yè)聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的需求，中國衛(wèi)通中星16號、中星18號ka寬帶通信衛(wèi)星分別于2017年和2019年發(fā)射成功。由于技術(shù)體制等緣故，我國現(xiàn)有的衛(wèi)星運控系統(tǒng)與ka波段衛(wèi)星并

7、不能匹配，ka波段高通量通信衛(wèi)星的地面運控系統(tǒng)也要全新設(shè)計、建設(shè)。與c和ku波段傳統(tǒng)衛(wèi)星不同的是，ka波段寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設(shè)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(yīng)用地面段網(wǎng)絡(luò)，其中，涉及產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)利益的商業(yè)模式創(chuàng)新極為重要。ka波段衛(wèi)星寬帶系統(tǒng)，很好地適應(yīng)了目前及未來寬帶業(yè)務(wù)需求的日益增長趨勢，有效地緩解了日益緊張的頻率軌道資源緊缺， ka寬帶衛(wèi)星通信即將迎來其重要的發(fā)展機遇期。四、 前景展望我國ka寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)開始，在我國傳統(tǒng)軌位上已有實際ka波段在軌衛(wèi)星運行，未來幾年商用ka波段寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)也將陸續(xù)發(fā)展并投入運營。雖然從總體上看，我國ka波段衛(wèi)星通信應(yīng)用發(fā)展剛起步，對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)儲備性申報投入不足，與我國“一帶一路”和空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展需求還有較大差距。但從長遠(yuǎn)來看，使用國產(chǎn)ka波段寬帶衛(wèi)星進行多媒體通信的嶄新時代并不遙遠(yuǎn)，呼之欲來，而且通信衛(wèi)星的技術(shù)革新永遠(yuǎn)不會就此停步。當(dāng)今社會大數(shù)據(jù)、云計算、多源信息融合、移動互聯(lián)網(wǎng)、多星組網(wǎng)、陸海空天信息網(wǎng)和信息安全保障等技術(shù)的迅速發(fā)展，對通信技術(shù)提出了更多更新更高的要求。作為