Ka波段卫星通信在海洋平台应用前景探讨

齐树毅

摘要：通过介绍Ka波段卫星通信应用在国内外的发展现状，分析Ka波段卫星通信相比C和Ku波段卫星通信的优势及发展前景，并对Ka波段这一大带宽卫星通信技术在中海洋石油行业应用进行了展望。

关键词：Ka波段;卫星通信;带宽

Ka波段卫星通信目前在国内应用刚刚起步，但在国际上很多国家特别是欧美等国都已率先投入使用，并且得到了蓬勃发展。中国海洋石油行业应用的卫星通信目前几乎全部使用C或者Ku两上波段，随着海洋石油行业的国际化合作模式愈来愈明显，中国公司将有更多地机会参与到国外项目的工程设计中去，比如笔者近期曾参与澳大利亚一个FPSO项目的投标，在该项目的规格书中明确提到了卫星通信要采用Ka波段，因此我们有必要对Ka波段卫星通信的应用和发展有所了解。

一、 Ka波段

卫星通信使用到的波段有很多，目前涵盖L、S、C、Ku、Ka等波段。不同的波段有不同的特点，一般来说，波段越低，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。而波段越高，情况正好相反。人们早期使用的L、S波段就处于低端，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波段相对较高，它们传输容量较大，是目前卫星通信领域的主流波段。

世界各国都在争相开发应用Ka波段的卫星通信，这主要有两方面的原因：一是C和Ku波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;这两个波段内的频率也被大量使用，这迫使人们寻找、开发更高波段来满足新的通信需求;二是Ka波段卫星通信优势明显，具体体现在三个方面：其一，Ka波段工作范围为26.5-40GHz，远超C波段（3.95-8.2GHz）和Ku波段（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。

Ka波段宽带卫星也不是完美无缺，ka波段的缺点是雨衰较大，对器件和工艺的需求较高，但这些都可以采取相关技术手段予以克服。

二、 国外Ka波段卫星发展

就宽带卫星通信容量而言，C和Ku波段的频率工作范围相对有限，而Ka波段的频率工作范围要大数倍，承载能力大很多。此外，多点波束和频率复用技术的运用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波段宽带卫星通信的开发运用上。统计资料显示，截至2016年6月30日目前全球在轨运行的Ka波段卫星共59颗，其中全Ka星13颗（即没有搭载其他波段转发器），2019年（含）将到达寿命终期的卫星共6颗，全部位于西经弧段（8° W、85° W、 95° W、105° W、111.1° W 和 121° W）。2020年前计划发射的Ka波段卫星共31颗，其中全Ka星10颗。从覆盖区域看，目前在轨的Ka波段卫星，有24颗覆盖中东，22颗覆盖欧洲，18颗覆盖亚洲，17颗覆盖非洲，12颗覆盖南北美，可以看出 Ka 波段卫星在全球范围内都有广泛的应用。对于在建的Ka波段卫星，根据已掌握的数据，有4颗覆盖中东，7颗覆盖欧洲，7颗覆盖亚洲，7颗覆盖非洲，9颗覆盖南北美，可以看出，亚非欧美等区域对于Ka宽带通信卫星都有迫切的应用需求，Ka波段发展具有广阔的市场应用前景。

三、 国内Ka波段卫星发展

就我国而言，加紧Ka波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。中国目前规划发展宽带卫星通信系统的商业卫星运营商，主要包括中国卫通集团有限公司、香港亚洲卫星公司和中国航天科工集团公司。为适应宽带卫星通信市场的发展要求，满足广大用户对于宽带接入、机载通信、远程教育、新闻采集、企业联网等应用的需求，中国卫通中星16号、中星18号Ka宽带通信卫星分别于2017年和2019年发射成功。

由于技术体制等缘故，我国现有的卫星运控系统与Ka波段卫星并不能匹配，Ka波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波段传统卫星不同的是，Ka波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。Ka波段卫星宽带系统，很好地适应了目前及未来宽带业务需求的日益增长趋势，有效地缓解了日益紧张的频率轨道资源紧缺， Ka宽带卫星通信即将迎来其重要的发展机遇期。

四、 前景展望

我国Ka宽带卫星系统建设已经开始，在我国传统轨位上已有实际Ka波段在轨卫星运行，未来几年商用Ka波段宽带通信卫星系统也将陆续发展并投入运营。虽然从总体上看，我国Ka波段卫星通信应用发展刚起步，对卫星网络储备性申报投入不足，与我国“一带一路”和空间基础设施建设发展需求还有较大差距。但從长远来看，使用国产Ka波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，而且通信卫星的技术革新永远不会就此停步。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。

作为海洋石油行业的设计工程师，我们也应该高瞻远瞩，不断接触和认知新技术新知识，才能以不变应万变的心态投入到更加国际化的项目设计中去，同时我们也希望Ka波段大宽带卫星通信技术尽早投入广泛运营并且应用到中国的海上石油平台上。