作者| 田伟 张鹏
转载自《中国无线电》
1、Ka 频段宽带通信卫星系统部署应用现状及趋势
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频段发展具有广阔的市场应用前景。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。
（1）总体部署规划情况
截至2016年6月30日统计的数据，目前全球在轨运行的Ka频段卫星共59颗，其中全Ka星13颗（即没有找到搭载其他频段转发器的信息），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频段卫星共31颗，其中全Ka星10颗。
从覆盖区域看，目前在轨的Ka频段卫星，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 频段卫星在全球范围内都有广泛的应用。对于在建的Ka频段卫星，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频段发展具有广阔的市场应用前景。
（2）发展历程
宽带卫星通信系统最早出现于2004年前后，到目前为止，已经发展了三代系统。第一代以Telesat的Anik-F2、Thaicom的IPstar、ViaSat的WildBlue-1等为代表，这些卫星系统容量大都在10Gbit/s左右。其中，2005年发射的IPstar只是在馈电链路使用了Ka点波束，用户链路仍使用Ku频段点波束，其系统容量为45Gbit/s。
第二代以Eutelsat 的Ka-Sat、ViaSat的ViaSat-1、Hughes的Jupiter-1等为代表。它们全部工作于Ka频段，系统容量在100Gbit/s左右。ViaSat的ViaSat-3可以认为是第三代，容量达1Tbit/s，将于2019年后发射。可见，在十多年的时间里，Ka宽带卫星通信系统的容量就提高了上百倍。
（3）国内Ka频段宽带通信卫星系统发展规划情况
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，中国卫通已启动中星16号、中星18号Ka宽带通信卫星的建设，它们初步计划于2017年和2018年发射。此外，大容量Ka宽带卫星通信的规划工作也开始启动。
中星16位于东经110.5 度，中星18位于东经115.5度，Ka位置初步定于东经125度。这些Ka卫星的上行频段为27.5GHz~30GHz，下行频段为17.7GHz~20.2GHz，总带宽为2.5GHz。香港亚洲卫星公司规划建设的亚洲八号卫星位于东经105.5°，星上计划搭载Ku和Ka频段转发器，其中Ka 频段转发器仅用于试验目的。中国航天科工集团公司目前正在规划建设一个Ka频段的低轨星座宽带通信系统，已经向国际电联提交了提前通知资料。该系统初步计划分两步建设：一期采用低轨卫星透明转发、天星地网的方式，二期逐步实现天地融合组网，使得用户可以借助2G、3G、4C、WiFi 等形式的“福星热点”实现随时随地按需接入互联网。
（4）在轨和在建K a频段宽带通信卫星轨位分布情况
从轨位分布情况看，在轨在建的Ka频段宽带通信卫星在静止轨道的分布数量情况见图1，
图1、Ka频段在轨在建卫星轨位——数量分布图
在轨在建的Ka频段卫星发射和拟发射年份在静止轨道的分布情况见图2。
图2、Ka频段在轨在建卫星轨位——发射年份分布图
从这两张图可以看出，从2010年开始，大量的Ka频段卫星集中发射，轨位分布特征是：西经120°到东经120° 区间，Ka 频段的卫星相对比较密集，大部分轨位上有1颗在轨卫星，部分轨位有两颗在轨卫星，个别轨位有3颗在轨卫星。
为我国将来申报Ka频段卫星网络资料寻找可用的轨位空隙，首先需要避开在轨和在建的Ka频段卫星，基于图1和图2在轨及在建卫星的分布情况，目前在5度范围内没有在轨在建卫星的静止轨道区间共21段（起止轨位均有在建在轨卫星）：
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频段系统间的协调和实际操作经验，两颗Ka频段卫星在轨位间隔不小于2度的情况下实现兼容较为可行。因此，以2度间隔为标准避开上述在轨和在建卫星重新对上述21段静止轨位区间进行修正，同时考虑到我国政府已经部署的Ka频段卫星轨位分布，初步筛选出如下21个候选分析轨位间隔（也可参照图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。
图3、无在轨在建Ka 卫星的轨道位置分布图
在上述轨位间隔，还需要考虑各国网络资料的申报情况、卫星发展规划、申报周期和协调难度等信息，才能初步遴选出后续Ka频段卫星网络资料申报的轨道位置。
2、Ka 宽带卫星通信系统网络资料申报情况
美国在Ka频段申报总体数量中等，其高频段军事应用较早，已实际占用很多资源的使用权益，无须通过大量申报来寻求使用机会；法国在Ka频段申报的卫星网络数量最多；俄、日、中的卫星网络资料申报相似，在Ka频段申报的卫星固定业务网络数量较多，显示出积极争取Ka频段资源的态势，在其他频段申报数量较少。
（1）总体情况
根据ITU在Ka频段卫星通信业务的频率划分情况，目前在ITU全部三个区（R1、R2、R3）或其中部分区域有卫星固定业务（FSS）或卫星移动业务（MSS）或星间链路（ISS）划分的频段包括：
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，下面对这8个频段在ITU的卫星网络资料申报情况进行统计，对于对地静止卫星系统，统计的网络资料限于协调资料（C资料）和通知资料（N资料），对于非静止卫星系统，统计的资料包括提前公布资料（A资料）和N资料，如表1所示。
表1、Ka频段的卫星网络资料申报概况
由上表可以看出，Ka频段卫星固定业务在27.5GHz～31GHz/17.7GHz～21.2GHz频段卫星网络资料申报得相对比较集中，多达1000余份，静止轨道平均1度就有近4份卫星网络申报。
（2）各国卫星网络申报情况
通过统计各主要国家在Ka频段卫星网络资料的申报情况，总结出如下特点：
美国在Ka频段申报总体数量中等。在Ka频段高端申报数据基本保持在50份左右，远大于其Ka 频段低端的申报数量，说明其Ka频段商业应用还处于起步阶段，而军事和政府应用则超前很多。相比较而言，也印证了其高频段军事应用较早，已实际占用很多资源的使用权益，无须通过大量申报来寻求使用机会。
法国在Ka频段申报的卫星网络数量最多，主要申报了两个系列，一是F-SAT系列，由政府申报，全频段申报的特点比较明显；二是EUTELSAT系列，基本是由欧洲通信卫星公司申报，申报时与卫星使用计划结合比较紧密。目前，没有迹象显示二者在卫星网络方面有合作。
俄罗斯在部分Ka频段申报了一定数量的卫星网络，主要集中在卫星固定业务Ka频段，在其余频段申请的数量非常少。 日本在Ka频段申报的卫星网络数量中等，大部分申报的是卫星固定业务，数量保持在数十份，在其余业务频段申报的卫星网络资料较少。
我国的卫星网络资料申报同俄罗斯和日本类似，在Ka频段申报的卫星固定业务网络数量较多，显示出积极争取Ka频段资源的态势。同时，在其他频段申报数量较少，也与我国卫星应用发展情况以及可获得元器件频率范围受限的现实一致。
（3）我国重点轨位资料优先性分析
综合我国通信卫星传统轨位和卫星网络资料申报实际，以我国“一带一路”发展战略卫星通信保障为重点，我们初步选定东经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个轨位开展了卫星网络资料优先性分析。
考虑到卫星的实际在轨同频使用时都有一定的轨位间隔，我们对上述轨位±2度范围卫星网络申报优先性进行了分析，以此来初步判断我国相关卫星网络可用性、易用性或主要协调竞争对手。
分析结果显示，在东经98度、103度、105.5度、130度等我国传统轨位上，我们已有实际在轨卫星搭载Ka频段有效载荷，并有了一定规模的部署应用，在东经77度、80度、87.5度、110.5 度、115.5度、125度等轨位，我国Ka 频段的卫星网络资料具有一定优先性。
但总体上看，我国Ka频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。同样，我们也应认识到目前除了欧美等发达国家或部分实力强劲的卫星运营商外，大部分国家所处的网络资料申报态势和Ka频段宽带卫星通信系统应用环境与我国相仿，属于刚起步甚至离起步还较远，Ka频段资源的争夺还存在很多机会。
据预测，未来3~7年是Ka频段宽带通信卫星系统最佳的发展机遇期，因此，我国应该抓住这一难得的机遇， 迎头赶上，争取在国际舞台上尽早占有属于我国的一席之地。
（4）空闲轨位卫星网络资料优先性分析
根据实际Ka频段在轨卫星轨位分布情况，我们梳理出没有实际在轨Ka频段卫星的“空闲”频段，考虑到按照±2度的轨位隔离以及部分“空闲”弧段较大，我们将该类“空闲”弧段又划分为22段进行了分析。可以发现，虽然在22段“空闲”弧段没有实际卫星在轨应用，但各国申报的卫星网络资料数量并不“空闲”，Ka频段各弧段的统计数据如表2 所示。
表2、空闲轨位卫星网络申报情况统计
从上表统计结果可以看出有如下几个特点：
· Ka 频段总体卫星网络资料申报密度平均达到5.75份/度，已基本没有空隙。· 从梳理过程来看，法国F-SAT、荷兰NSS、巴布新几内亚、塞浦路斯等均申请了大量的卫星网络。
· 从实际应用情况来看，美国、欧洲以及其他一些国家的政府和军事用途卫星在Ka及其以上频段应用比较多，占据先发优势。
· 传统商业卫星通信公司正逐步从Ku频段转向Ka频段，其卫星网络储备性申报且国际协调竞争能力强。
· 从规则层面来看，空间频率轨道资源权益的竞争即时间和实际占用两个维度的综合。有卫星网络申报但没有实际卫星占用、有实际卫星但没有优先卫星网络都是难以支撑实 际权益的竞争。
3、对策建议
目前大部分国家在Ka频段宽带卫星通信系统发展中所处的应用环境与我们相仿，因此，Ka 频段卫星频率轨道资源的争夺还存在很多机会，我们应该及时抓住这一重要的战略发展机遇期。
宽带卫星技术和应用进入一个新的快速发展期。Ka频段卫星宽带系统，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。
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频段在轨卫星运行，未来几年商用Ka频段宽带通信卫星系统也将陆续发展并投入运营。但总体上看，我国Ka频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。
根据以上分析可知，目前大部分国家在Ka频段宽带卫星通信系统发展中所处的应用环境与我们相仿，因此，Ka 频段卫星频率轨道资源的争夺还存在很多机会，我们应该及时抓住这一重要的战略发展机遇期。
具体而言我们提出如下几点建议：
（1）由于在东经98度、103度、105.5度、130度4个轨道位置我国已经有实际在轨Ka频段卫星部署，在东经110.5度、115.5度、125度3个轨位，我国已经有明确的Ka频段卫星通信系统发展规划，而且上述7个轨道位置我国的Ka频段卫星网络资料具有一定的优先协调地位，因此，建议将上述7个轨道位置作为我国发展Ka宽带卫星通信系统重点轨位资源进行持续的申报和维护。
（2）东经77度、80度、87.5度3个轨道位置处在“一带一路”沿线，且有Ka频段卫星网络资料的储备，因此，建议将这3个轨道位置作为我国保障“天基丝路”的重要频率轨道资源予以持续的申报和维护。
（3）目前我国申报的卫星网络资料多集中在我国可视弧范围内，比如东经50度以西只申报了个别卫星网络资料，且普遍协调地位较低。
鉴于此，为了适应我国“走出去”和“一 带一路”的发展战略需求，建议我国相关部门加强研究分析在轨在建卫星的频率使用，在目前没有在轨在建卫星的相对空闲弧段内，结合卫星网络资料申报现状，选择重点轨位关键频段开展占频保轨工作。
（4）建议加强高频段、低轨道小卫星星座系统的研究论证工作。
由于该类星座系统具有卫星小、生产周期短、造价低、时延短、技术更新周期短等优点，近年来已成为宽带卫星通信系统发展的又一个发展热点。虽然全球Ka频段低轨卫星通信系统发展刚刚起步，但欧美等发达国家对于该类星座的推进速度非常快，目前我国相关部门已经提出非静止Ka卫星网络的建设发展计划，建议加强该类星座系统建设的基础研究投入，重点关注在卫星器件水平和技术能力上的提高，尤其需要加强论证研究同频段条件下，非静止轨道卫星星座和静止轨位卫星星座之间的频率兼容共用问题，研究两类卫星星座之间的频率干扰规避策略，在确保不造成相互干扰的前提下，提高有限频率资源的使用效率。
（5）加强卫星网络资料申报与实际卫星工程建设计划的匹配度，同时要遵守卫星网络资料超前申报和储备的原则，形成应用部门、卫星网络频率协调部门的沟通协调和一体化运作机制，切实提高卫星网络资料频率协调部门的作用和地位，加强卫星网络频率协调人员的工程能力和责任担当。
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