作者| 田偉 張鵬
轉載自《中國無線電》
1、Ka 頻段寬帶通信衛星系統部署應用現狀及趨勢
亞非歐美等區域對于Ka寬帶通信衛星都有迫切的應用需求，Ka頻段發展具有廣闊的市場應用前景。中國目前規劃發展寬帶衛星通信系統的商業衛星運營商，主要包括中國衛通集團有限公司、香港亞洲衛星公司和中國航天科工集團公司。
（1）總體部署規劃情況
截至2016年6月30日統計的數據，目前全球在軌運行的Ka頻段衛星共59顆，其中全Ka星13顆（即沒有找到搭載其他頻段轉發器的信息），2019年（含）將到達壽命終期的衛星共6顆，全部位于西經弧段（8°W、85°W、95°W、105°W、111.1°W 和121°W）。2020年前計劃發射的Ka頻段衛星共31顆，其中全Ka星10顆。
從覆蓋區域看，目前在軌的Ka頻段衛星，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 頻段衛星在全球范圍內都有廣泛的應用。對于在建的Ka頻段衛星，根據已掌握的數據，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，亞非歐美等區域對于Ka寬帶通信衛星都有迫切的應用需求，Ka頻段發展具有廣闊的市場應用前景。
（2）發展歷程
寬帶衛星通信系統最早出現于2004年前后，到目前為止，已經發展了三代系統。第一代以Telesat的Anik-F2、Thaicom的IPstar、ViaSat的WildBlue-1等為代表，這些衛星系統容量大都在10Gbit/s左右。其中，2005年發射的IPstar只是在饋電鏈路使用了Ka點波束，用戶鏈路仍使用Ku頻段點波束，其系統容量為45Gbit/s。
第二代以Eutelsat 的Ka-Sat、ViaSat的ViaSat-1、Hughes的Jupiter-1等為代表。它們全部工作于Ka頻段，系統容量在100Gbit/s左右。ViaSat的ViaSat-3可以認為是第三代，容量達1Tbit/s，將于2019年后發射。可見，在十多年的時間里，Ka寬帶衛星通信系統的容量就提高了上百倍。
（3）國內Ka頻段寬帶通信衛星系統發展規劃情況
中國目前規劃發展寬帶衛星通信系統的商業衛星運營商，主要包括中國衛通集團有限公司、香港亞洲衛星公司和中國航天科工集團公司。
為適應寬帶衛星通信市場的發展要求，滿足廣大用戶對于寬帶接入、機載通信、遠程教育、新聞采集、企業聯網等應用的需求，中國衛通已啟動中星16號、中星18號Ka寬帶通信衛星的建設，它們初步計劃于2017年和2018年發射。此外，大容量Ka寬帶衛星通信的規劃工作也開始啟動。
中星16位于東經110.5 度，中星18位于東經115.5度，Ka位置初步定于東經125度。這些Ka衛星的上行頻段為27.5GHz~30GHz，下行頻段為17.7GHz~20.2GHz，總帶寬為2.5GHz。香港亞洲衛星公司規劃建設的亞洲八號衛星位于東經105.5°，星上計劃搭載Ku和Ka頻段轉發器，其中Ka 頻段轉發器僅用于試驗目的。中國航天科工集團公司目前正在規劃建設一個Ka頻段的低軌星座寬帶通信系統，已經向國際電聯提交了提前通知資料。該系統初步計劃分兩步建設：一期采用低軌衛星透明轉發、天星地網的方式，二期逐步實現天地融合組網，使得用戶可以借助2G、3G、4C、WiFi 等形式的“福星熱點”實現隨時隨地按需接入互聯網。
（4）在軌和在建K a頻段寬帶通信衛星軌位分布情況
從軌位分布情況看，在軌在建的Ka頻段寬帶通信衛星在靜止軌道的分布數量情況見圖1，
圖1、Ka頻段在軌在建衛星軌位——數量分布圖
在軌在建的Ka頻段衛星發射和擬發射年份在靜止軌道的分布情況見圖2。
圖2、Ka頻段在軌在建衛星軌位——發射年份分布圖
從這兩張圖可以看出，從2010年開始，大量的Ka頻段衛星集中發射，軌位分布特征是：西經120°到東經120° 區間，Ka 頻段的衛星相對比較密集，大部分軌位上有1顆在軌衛星，部分軌位有兩顆在軌衛星，個別軌位有3顆在軌衛星。
為我國將來申報Ka頻段衛星網絡資料尋找可用的軌位空隙，首先需要避開在軌和在建的Ka頻段衛星，基于圖1和圖2在軌及在建衛星的分布情況，目前在5度范圍內沒有在軌在建衛星的靜止軌道區間共21段（起止軌位均有在建在軌衛星）：
9°E~16°E、36°E~42°E、42.5°E~47.5°E、53°E~60°E、68.5°E~74°E、75°E~91.5°E、95°E~105.5°E、105.5°E~110.5°E、122°E~140°E、140°E~156°E、156°E~162°E、162°E~179.6°E；
8°W~20°W、20°W~30°W、36°W~47.5°W、50°W~55°W、55°W~61°W、65°W~75°W、89°W~95°W、95°W~105°W、121°W~180°W。
按照Ka頻段系統間的協調和實際操作經驗，兩顆Ka頻段衛星在軌位間隔不小于2度的情況下實現兼容較為可行。因此，以2度間隔為標準避開上述在軌和在建衛星重新對上述21段靜止軌位區間進行修正，同時考慮到我國政府已經部署的Ka頻段衛星軌位分布，初步篩選出如下21個候選分析軌位間隔（也可參照圖3）：
11°E~14°E、38°E~40°E、44.5°E~45.5°E、55°E~58°E、70.5°E~72°E、77°E~89.5°E、107.5°E~108.5°E、124°E~128°E、132°E~138°E、142°E~154°E、158°E~160°E、164°E~177.6°E；
10°W~18°W、22°W~28°W、38°W~45.5°W、52°W~53°W、57°W~59°W、67°W~73°W、91°W~93°W、97°W~103°W、123°W~178°W。
圖3、無在軌在建Ka 衛星的軌道位置分布圖
在上述軌位間隔，還需要考慮各國網絡資料的申報情況、衛星發展規劃、申報周期和協調難度等信息，才能初步遴選出后續Ka頻段衛星網絡資料申報的軌道位置。
2、Ka 寬帶衛星通信系統網絡資料申報情況
美國在Ka頻段申報總體數量中等，其高頻段軍事應用較早，已實際占用很多資源的使用權益，無須通過大量申報來尋求使用機會；法國在Ka頻段申報的衛星網絡數量最多；俄、日、中的衛星網絡資料申報相似，在Ka頻段申報的衛星固定業務網絡數量較多，顯示出積極爭取Ka頻段資源的態勢，在其他頻段申報數量較少。
（1）總體情況
根據ITU在Ka頻段衛星通信業務的頻率劃分情況，目前在ITU全部三個區（R1、R2、R3）或其中部分區域有衛星固定業務（FSS）或衛星移動業務（MSS）或星間鏈路（ISS）劃分的頻段包括：
17.3GHz～21.2GHz、24.45GHz～24.65Hz、24.65GHz～24.75GHz、24.75GHz～25.25GHz、25.25GHz～27GHz、27GHz～27.5GHz、27.5GHz～30GHz、30GHz～31GHz。
因此，下面對這8個頻段在ITU的衛星網絡資料申報情況進行統計，對于對地靜止衛星系統，統計的網絡資料限于協調資料（C資料）和通知資料（N資料），對于非靜止衛星系統，統計的資料包括提前公布資料（A資料）和N資料，如表1所示。
表1、Ka頻段的衛星網絡資料申報概況
由上表可以看出，Ka頻段衛星固定業務在27.5GHz～31GHz/17.7GHz～21.2GHz頻段衛星網絡資料申報得相對比較集中，多達1000余份，靜止軌道平均1度就有近4份衛星網絡申報。
（2）各國衛星網絡申報情況
通過統計各主要國家在Ka頻段衛星網絡資料的申報情況，總結出如下特點：
美國在Ka頻段申報總體數量中等。在Ka頻段高端申報數據基本保持在50份左右，遠大于其Ka 頻段低端的申報數量，說明其Ka頻段商業應用還處于起步階段，而軍事和政府應用則超前很多。相比較而言，也印證了其高頻段軍事應用較早，已實際占用很多資源的使用權益，無須通過大量申報來尋求使用機會。
法國在Ka頻段申報的衛星網絡數量最多，主要申報了兩個系列，一是F-SAT系列，由政府申報，全頻段申報的特點比較明顯；二是EUTELSAT系列，基本是由歐洲通信衛星公司申報，申報時與衛星使用計劃結合比較緊密。目前，沒有跡象顯示二者在衛星網絡方面有合作。
俄羅斯在部分Ka頻段申報了一定數量的衛星網絡，主要集中在衛星固定業務Ka頻段，在其余頻段申請的數量非常少。 日本在Ka頻段申報的衛星網絡數量中等，大部分申報的是衛星固定業務，數量保持在數十份，在其余業務頻段申報的衛星網絡資料較少。
我國的衛星網絡資料申報同俄羅斯和日本類似，在Ka頻段申報的衛星固定業務網絡數量較多，顯示出積極爭取Ka頻段資源的態勢。同時，在其他頻段申報數量較少，也與我國衛星應用發展情況以及可獲得元器件頻率范圍受限的現實一致。
（3）我國重點軌位資料優先性分析
綜合我國通信衛星傳統軌位和衛星網絡資料申報實際，以我國“一帶一路”發展戰略衛星通信保障為重點，我們初步選定東經51.5度、71度、76.5度、87.5度、92.2 度、98度、103度、105.5度、110.5度、115.5度、122度、125度、130度、134度、138度、142度、163度17個軌位開展了衛星網絡資料優先性分析。
考慮到衛星的實際在軌同頻使用時都有一定的軌位間隔，我們對上述軌位±2度范圍衛星網絡申報優先性進行了分析，以此來初步判斷我國相關衛星網絡可用性、易用性或主要協調競爭對手。
分析結果顯示，在東經98度、103度、105.5度、130度等我國傳統軌位上，我們已有實際在軌衛星搭載Ka頻段有效載荷，并有了一定規模的部署應用，在東經77度、80度、87.5度、110.5 度、115.5度、125度等軌位，我國Ka 頻段的衛星網絡資料具有一定優先性。
但總體上看，我國Ka頻段衛星通信應用發展剛起步，對衛星網絡儲備性申報投入不足。同樣，我們也應認識到目前除了歐美等發達國家或部分實力強勁的衛星運營商外，大部分國家所處的網絡資料申報態勢和Ka頻段寬帶衛星通信系統應用環境與我國相仿，屬于剛起步甚至離起步還較遠，Ka頻段資源的爭奪還存在很多機會。
據預測，未來3~7年是Ka頻段寬帶通信衛星系統最佳的發展機遇期，因此，我國應該抓住這一難得的機遇， 迎頭趕上，爭取在國際舞臺上盡早占有屬于我國的一席之地。
（4）空閑軌位衛星網絡資料優先性分析
根據實際Ka頻段在軌衛星軌位分布情況，我們梳理出沒有實際在軌Ka頻段衛星的“空閑”頻段，考慮到按照±2度的軌位隔離以及部分“空閑”弧段較大，我們將該類“空閑”弧段又劃分為22段進行了分析。可以發現，雖然在22段“空閑”弧段沒有實際衛星在軌應用，但各國申報的衛星網絡資料數量并不“空閑”，Ka頻段各弧段的統計數據如表2 所示。
表2、空閑軌位衛星網絡申報情況統計
從上表統計結果可以看出有如下幾個特點：
· Ka 頻段總體衛星網絡資料申報密度平均達到5.75份/度，已基本沒有空隙。· 從梳理過程來看，法國F-SAT、荷蘭NSS、巴布新幾內亞、塞浦路斯等均申請了大量的衛星網絡。
· 從實際應用情況來看，美國、歐洲以及其他一些國家的政府和軍事用途衛星在Ka及其以上頻段應用比較多，占據先發優勢。
· 傳統商業衛星通信公司正逐步從Ku頻段轉向Ka頻段，其衛星網絡儲備性申報且國際協調競爭能力強。
· 從規則層面來看，空間頻率軌道資源權益的競爭即時間和實際占用兩個維度的綜合。有衛星網絡申報但沒有實際衛星占用、有實際衛星但沒有優先衛星網絡都是難以支撐實 際權益的競爭。
3、對策建議
目前大部分國家在Ka頻段寬帶衛星通信系統發展中所處的應用環境與我們相仿，因此，Ka 頻段衛星頻率軌道資源的爭奪還存在很多機會，我們應該及時抓住這一重要的戰略發展機遇期。
寬帶衛星技術和應用進入一個新的快速發展期。Ka頻段衛星寬帶系統，很好地適應了目前及未來寬帶業務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寬帶衛星通信即將迎來其重要的發展機遇期。
我國Ka寬帶衛星系統建設已經開始，在我國傳統軌位上已有實際Ka頻段在軌衛星運行，未來幾年商用Ka頻段寬帶通信衛星系統也將陸續發展并投入運營。但總體上看，我國Ka頻段衛星通信應用發展剛起步，對衛星網絡儲備性申報投入不足，與我國“一帶一路”和空間基礎設施建設發展需求還有較大差距。
根據以上分析可知，目前大部分國家在Ka頻段寬帶衛星通信系統發展中所處的應用環境與我們相仿，因此，Ka 頻段衛星頻率軌道資源的爭奪還存在很多機會，我們應該及時抓住這一重要的戰略發展機遇期。
具體而言我們提出如下幾點建議：
（1）由于在東經98度、103度、105.5度、130度4個軌道位置我國已經有實際在軌Ka頻段衛星部署，在東經110.5度、115.5度、125度3個軌位，我國已經有明確的Ka頻段衛星通信系統發展規劃，而且上述7個軌道位置我國的Ka頻段衛星網絡資料具有一定的優先協調地位，因此，建議將上述7個軌道位置作為我國發展Ka寬帶衛星通信系統重點軌位資源進行持續的申報和維護。
（2）東經77度、80度、87.5度3個軌道位置處在“一帶一路”沿線，且有Ka頻段衛星網絡資料的儲備，因此，建議將這3個軌道位置作為我國保障“天基絲路”的重要頻率軌道資源予以持續的申報和維護。
（3）目前我國申報的衛星網絡資料多集中在我國可視弧范圍內，比如東經50度以西只申報了個別衛星網絡資料，且普遍協調地位較低。
鑒于此，為了適應我國“走出去”和“一 帶一路”的發展戰略需求，建議我國相關部門加強研究分析在軌在建衛星的頻率使用，在目前沒有在軌在建衛星的相對空閑弧段內，結合衛星網絡資料申報現狀，選擇重點軌位關鍵頻段開展占頻保軌工作。
（4）建議加強高頻段、低軌道小衛星星座系統的研究論證工作。
由于該類星座系統具有衛星小、生產周期短、造價低、時延短、技術更新周期短等優點，近年來已成為寬帶衛星通信系統發展的又一個發展熱點。雖然全球Ka頻段低軌衛星通信系統發展剛剛起步，但歐美等發達國家對于該類星座的推進速度非常快，目前我國相關部門已經提出非靜止Ka衛星網絡的建設發展計劃，建議加強該類星座系統建設的基礎研究投入，重點關注在衛星器件水平和技術能力上的提高，尤其需要加強論證研究同頻段條件下，非靜止軌道衛星星座和靜止軌位衛星星座之間的頻率兼容共用問題，研究兩類衛星星座之間的頻率干擾規避策略，在確保不造成相互干擾的前提下，提高有限頻率資源的使用效率。
（5）加強衛星網絡資料申報與實際衛星工程建設計劃的匹配度，同時要遵守衛星網絡資料超前申報和儲備的原則，形成應用部門、衛星網絡頻率協調部門的溝通協調和一體化運作機制，切實提高衛星網絡資料頻率協調部門的作用和地位，加強衛星網絡頻率協調人員的工程能力和責任擔當。
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