Ka频段宽带卫星应用浅析

陈文胜 徐平 王丽君 张宇 张艺齐 闵长宁（中国卫通集团有限公司）

近年来，全球Ka频段宽带通信系统发展迅猛，全球各地卫星运营商均已建设或正在筹建开展Ka频段宽带卫星通信服务。Ka频段宽带卫星已成为代表了卫星通信的发展方向和市场制高点，我国也正在加紧研制自主的Ka频段宽带卫星（中星-16）并已进入制造阶段。本文在研究国外主要Ka系统的应用领域的基础上，结合国内市场特点对我国Ka系统未来的业务方向进行研究。

1 引言

近年来，全球K a频段宽带通信系统发展迅猛。由于Ka频段宽带卫星通信具有高通量、低成本、广覆盖、小终端等优势特点，使其成为宽带卫星通信未来的发展方向和市场制高点，全球各地卫星运营商均已建设或正在筹建开展Ka频段宽带卫星通信服务。目前，美国、加拿大、欧洲、泰国、阿联酋等国均发展了Ka频段宽带卫星系统并已经投入使用。澳大利亚将在2014年拥有专用的Ka频段系统，国际移动卫星组织、几个媒体巨头支持的O3b系统也都将推出各自面向全球的Ka系统。美、欧等国的Ka频段宽带通信卫星技术发展较快，已经从早期的试验卫星逐步走向商业应用并获得巨大成功。

Ka频段宽带卫星系统与传统的C/Ku卫星在应用领域及运营模式方面具有很多独特和不同的地方，目前投入使用的几个系统发展情况也不尽相同。更为重要的是，中国国内的国情与欧洲和美国并不一样，把欧美成功运营的卫星宽带系统复制到国内，并不能够确保成功。因此我们需要客观的评估宽带卫星业务在国内的应用前景。根据国内的实际情况，研究Ka系统在国内可能的应用领域，争取能够为国内K a业务的市场开拓和业务发展提供一些借鉴意义。

2 国外Ka系统应用现状

近年来，国外宽带卫星系统进入了新的发展时期，在亚洲，泰国的“互联网协议星”（IPSTAR）已经投入运行多年。而在欧美地区，2010年底发射的“Ka频段卫星”(Ka-SAT)、2011年底发射的卫讯-1（Viasat-1）、2012年发射的“木星”（JUPITER）代表了当代大容量宽带卫星的最高水平。这3颗宽带卫星投入使用后，专注于发展卫星宽带接入业务。这些运营商在各自的服务区建立了相应的地面应用系统，经过一段时间的营，已经拥有了一定的市场份额。2013年6月，O3b系统发射了其K a星座的头4颗卫星。2013年12月，“国际移动卫星”首颗第5代也发射成功，从而开始了其Ka卫星的全球布局。

Ka频段宽带卫星通信具有高通量、低成本、广覆盖、终端小等优势特点，且通常采用星状结构、弯管透明传输机制，特别适合开展IP类业务，如因特网宽带接入业务、IP中继业务、企业网延伸等。目前最主流业务为面向家庭的卫星宽带接入业务。另外也可应用于基站数据回传业务、机载业务、新闻采集、电视点播等其他领域。随着Ka技术的不断成熟，各种应用将会越来越多。

Ka频段宽带卫星应用业务分类

K a宽带卫星的主要业务为面向个人或家庭的宽带接入业务。利用卫星实现宽带接入业务并非新业务，使用传统K u频段完全可以实现宽带接入，只是下载速率慢。第一代K a频段宽带卫星系统，如早期的Direct-PC系统等，基于大波束的Ku转发器，下载速率在256kbit/s以下，可以提供网页浏览、Em ail等简单业务。第二代Ka频段宽带卫星系统如“互联网协议星”、“狂蓝”（W ildb lue）、阿尼克-F2（Anik-F2）等，下载速率在256kbit～4M bit之间，可以提供简单的视频业务。由于大型K a频段宽带卫星的投入使用，第3代K a频段宽带卫星宽带产品可以提供超过12Mbit的下载速率，其他一些高速视频类业务，均可以通过卫星实现。

卫星宽带接入业务的演进

基于Ka频段宽带卫星的个人及家庭宽带接入业务在美国和澳大利亚有了较好的发展，美国卫迅公司和休斯网络公司在美国的客户加起来已经超过100万，澳大利亚政府投入巨资发展卫星宽带接入业务。在其他地区，使用宽带卫星推广个人及家庭宽带业务，发展较缓慢。在欧洲，欧洲通信卫星公司的Ka频段卫星系统，目前发展到8万客户，欧洲SES公司主导的Sat 3 Play系统从2007年开始运营，目前发展到10万用户。亚洲的“互联网协议星”的业务主要集中在泰国，澳大利亚，日本，马来西亚，并从开始的开展宽带接入业务，转变成一个承载多业务的开放平台。在欧洲及亚洲，宽带卫星接入业务发展不如预期的一个主要原因是需求问题，各国的主流电信业务运营商对卫星宽带业务的接受程度低。卫星宽带业务运营商往往只能找一些小的运营商开展合作，或者与直播电视卫星运营商合作开展业务，而这些运营商的销售渠道往往有限，因此造成业务发展速度相对较慢。

除了个人宽带接入业务，Ka频段卫星也用于其他领域，如电视节目回传，机载业务，互联网协议中继业务等。如欧洲通信卫星公司通过其附属Sky logic公司推出了基于Ka频段卫星的New Spotter服务，专门用于卫星通信采集业务，其节目上传的速率可以达到20Mbit/s，而设备从安装、调试、到投入使用仅需要几分钟的时间。

航空器客舱卫星宽带通信服务国外已开始商业运营，其中美国松下航空电子公司（PAC）和ROW 44公司作为系统设备供应商和运营服务提供商在全球开展了运营服务，整体的运营飞机数量达到700多架。目前的系统使用常规Ku卫星资源。而随着Ka系统的推出，由于其宽带的特性，飞机在云层上飞行，Ka频段通信的雨衰问题可以得到很好的解决，Ka终端又小，因此Ka机载业务受到了业界的关注。美国卫讯公司联合机载娱乐和宽带服务提供商LiveTV公司与美国捷蓝航空及大陆航空公司签约，预计2015年底前完成在两家航空公司所有370多架飞机上推出首个新一代机载Ka频段卫星通信服务。

NSR对宽带卫星应用需求的预测

3 Ka频段卫星在国内的潜在应用分析

目前，我国还没有真正意义上的Ka宽带卫星通信系统，也未实现大规模应用。我国的卫星宽带通信服务目前主要通过基于传统C、Ku频段通信卫星的卫讯网和Ka/Ku混合频段的“互联网协议星”通信系统两种方式开展。

早在1999年，广东信网通公司就在我国率先推出了高速互联网卫星接入产品“星网通”。紧随其后，双威网络通信公司引进了美国休斯公司的Direct-PC技术，并与电信163合作在全国各地共同推出了名为“Turbo 163”的卫星互联网接入服务。但是由于卫星终端设备和卫星转发器费用较高等多方面因素影响，都未取得广泛应用。目前，我国大约有近200个公网或专网的VSAT网络，利用传统卫星VSAT网提供宽带通信服务的公司（或单位）基本上都是依托某个行业提供服务，网络规模一般仅为数百终端用户。总体来说，基于传统卫星VSAT网方式来开展卫星宽带通信服务的企业普遍规模偏小、盈利能力较弱，市场发展比较缓慢。

2006年5月，伴随着“互联网协议星”系统第7个关口站在北京落成并移交由中国卫通运营，“互联网协议星”宽带通信业务正式进入中国市场。其中“互联网协议星”中国资源的带宽约为8GH z，总容量可达12Gbit/s。

在2006年至2009年期间，“互联网协议星”系统发挥其用户终端小、性价比高等优势特点，大大降低了卫星宽带通信业务的用户使用门槛，在行业应用和应急通信市场发展迅速。尤其在汶川大地震的抢险救灾和堰塞湖信息采集工作中发挥了重要的通信保障作用。

2009年后，受中国电信行业重组影响及其他多方面因素影响，“互联网协议星”业务在中国市场发展缓慢，几乎处于停滞状态。目前“互联网协议星”系统的市场规模很小，用户主要分布在四川、甘肃、新疆、陕西等西北偏远省份，业务主要应用于石油、地震、安监等行业，资源的使用率极低。

据分析“互联网协议星”系统在国内推广不好，主要原因可能有：

该卫星波束覆盖设计不合理，其波束主要覆盖中国中东部，而中国中东部属较发达地区，光纤、移动网络发达，对卫星的需求小。而在西北、西南等有可能使用卫星的地方，“互联网协议星”又没有覆盖。

关口站位置设计不合理，其中一个关口站选在广州，每年雨季，下雨对传输质量影响很大，经常中断，该关口站负责的几个点播束的服务质量无法保证。

地面设备（关口站和终端）为多年前设计的，一些目前普及的网视频应用都不支持。由于没有自主知识产权，任何对软件和硬件的更改都需要泰方技术人员的支持，因此改动起来很困难。

“互联网协议星”业务在日本，澳大利亚，马来西亚，泰国等国家发展良好，而在国内发展并不如预期，其发展过程中遇到的问题，为一代宽带卫星经营者提供了一些很好的经验。

总的来说，与欧美发达国家成熟的卫星宽带通信市场不同，我国卫星宽带通信市场存在巨大的需求，但是由于受社会、经济、文化、政策、卫星资源和营销方式等各方面因素影响，我国的卫星宽带通信市场呈现出起步早，但发展缓慢的特点。

4 Ka频段卫星国内潜在市场分析

Ka频段宽带卫星通信网络所承载的业务，实现了从低速的数据及话音到全新的、高速率的、交互式的因特网和多媒体业务的转变，并几乎覆盖了所有通信和广播电视领域。随着我国社会经济水平的不断发展，将为Ka频段宽带卫星提供了广阔的市场和难得的机遇。

宽带中国战略是Ka频段宽带卫星发展的重大机遇

根据第31次中国互联网络发展状况统计报告显示，我国城乡之间和区域之间信息基础设施发展不平衡的问题仍相当突出。截止2012年底，城镇居民中的互联网普及率已经达到约六成，而农村地区目前只有23.7%。尤其是在西部偏远农村，属于地广人稀、地理环境较为恶劣的稀路由区域通信基础设施更为薄弱。

2013年8月17日，国务院发布了“宽带中国”的战略实施方案，同时部署了未来八年的宽带发展目标及路径，这意味着“宽带战略”已经从部门行动上升为国家战略，并首次成为了国家战略性公共基础设施。“宽带中国”战略为Ka频段宽带卫星通信服务的发展提供了广阔的市场和难得机遇。我国幅员辽阔，虽然光缆的发展已经非常成熟，但对于地理环境复杂、自然灾害频发、农村偏远地区等稀路由区域而言，光缆传输方式存在着建设周期长、维护成本高、投资风险大却见效小的特点。而Ka频段宽带卫星的使用可以有效的解决这些稀路由地区的通信问题，并且快捷又节约成本，相信今后Ka频段宽带卫星通信方式毋庸置疑将成为稀路由地区最优的选择。

教育信息化为Ka频段卫星宽带通信业务提供了广阔发展空间

我国城乡教育水平严重失衡，尤其是西部农村地区，经济和信息基础设施条件均较差，导致了教育人才的流失率高、优质教育资源的严重匮乏。基于Ka频段宽带卫星的远程教育正是解决这一问题的有效途径。利用Ka频段宽带卫星的高容量、广覆盖、不受地理环境影响的高速双向传输优势，可快速实现广大偏远农村地区教学点的高速多媒体和视频的教学互动，从而促进我国优质教育资源共享和教育公平化发展，大大提升我国教育信息化进程。

Ka频段宽带卫星通信在机载通信市场潜力巨大

改革开放30年来，我国民航业取得了举世瞩目的成就。但是由于民航安全以及信号等原因，万米高空的飞机仍然是最后一片“信息孤岛”，一直都无法实现自由通信。

基于Ka频段宽带卫星的机载通信与传统Ku频段、海事BGAN或者地面基站方式相比具有较大的优势。因为飞机在万米高空飞行不会受到雨雪因素的影响，完全克服了Ka频段降雨衰减大的缺点，利用Ka频段宽带卫星的机载通信可获得更高速率、更低价格、更优性能和更佳的用户体验。

随着国外机载通信的应用日渐成熟，我国民航也开始启动实施机载通信，以满足乘客日益迫切的通信需求。根据中国民航局就《航空公司运行控制卫星通信实施方案》，拟定自2013年至2016年，国内全部民航客机分三个阶段实现卫星通信。预计到2015年，我国民航飞机总数将达到4500架，这就给Ka频段宽带卫星提供了一个巨大的潜在市场空间。

Ka频段宽带卫星在应急通信方面具有不可替代的重要作用

目前我国的应急通信保障体系建设已经初具规模，市县一级城市已具备一定的应急通信保障能力。然而在广大的乡村山区，通信基础设施还比较薄弱，应急通信保障能力则更加的欠缺。Ka频段宽带卫星利用其覆盖广、终端小、成本低、建设快及抗灾害能力强等优势特点，可构建起一个覆盖到乡、镇、村的全方位的、无缝的全国应急宽带卫星通信网络。Ka频段宽带卫星网络一方面可以满足用户日常的通信和多媒体业务应用，另一方面可用做自然灾害发生时的应急通信保障手段。这种“平战结合”的通信方式，将大大提升我国广大农村地区的应急通信保障能力，对我国整体灾害救助水平的提升具有不可替代的重要意义。

Ka频段宽带卫星是石油、煤炭等野外作业企业的最优选择

我国幅员辽阔、资源丰富，每天都有大量的野外作业人员在进行钻井、矿山、煤炭、勘测、电力等工程作业。目前，大部分此类作业的通信都没有良好的保证，很多施工点既没有地面网络的覆盖，也没有卫星通信保障。Ka频段宽带卫星的低成本、安装维护方便，体积小、易搬迁等特点非常适合此类需求。目前，“互联网协议星”在国内开展的业务主要是此类型应用，其市场需求还有很大的开拓空间。

其他潜在应用市场

（1）内容分发市场

内容分发是利用Ka频段卫星宽带系统的大容量广播与多播传输优势，在基于IP的网络上将视频、语音、数据等多媒体信息进行一点发送，多点接收，从而实现数据信息的广播模式文件分发传送，用户远程通过卫星小站接收分发数据和进行数据补包。

该类应用特别适用于卫星网络电视、音像数字发行、数据文件分发等内容分发。随着今后高清、超高清节目资源的越来越多，地面网络或传统卫星资源可能会产生拥塞或无法满足其传输质量要求。而利用K a频段宽带卫星则可以很好的满足这一市场需要，实现高效率、低成本的内容分发传送。

（2）军事通信市场

在新军事变革的推动下，战争的形式和战争的决定因素发生了变化，信息的采集和通信传输日益起到关键的作用。我国目前、未来的一段时间内军事通信在Ka频段宽带卫星方面的应用和合作仍处于空白阶段，市场潜力巨大。我国应充分利用Ka频段卫星容量大、终端小、携带简便及干扰小、以及以民掩军等优势特点，为军队的野外作业和空军的指挥作战提供通信保障，从而逐步构建起我军的多频段、多功能、生存能力较强的军用卫星通信系统。

除了上述行业领域外，Ka频段宽带卫星也可广泛应用于内容分发、军事通信、移动中继、新闻采集、电视区域直播等各个领域。

5 结束语

Ka频段宽带卫星网络是我国信息基础设施必不可或缺的重要组成部分，Ka频段宽带卫星网络建设将大力提升我国广大偏远地区的通信能力，促进缩小“数字鸿沟”，促进经济增长、带动科技发展。从全球Ka频段宽带卫星发展现状和趋势，结合我国的经济发展情况、东西部差别、国防建设、应急通信能力保障等各个方面来看，Ka频段宽带卫星业务在我国拥有着广阔的市场和难得的发展机遇。不过目前Ka频段宽带卫星业务在国内还属于新兴业务，处于市场引入期，需要国家在政策和资金投入方面给予大力扶持，助力Ka频段宽带卫星通信产业尽快度过市场引入期。相信在不远的未来，Ka频段宽带卫星将广泛应用于我国的各行各业，促进国家经济社会大发展。