探索Ka之外的未來通信方式

Helen Jameson

探索Ka之外的未來通信方式

Helen Jameson

1 引言

隨著目前和未來Ka頻段容量的激增，認(rèn)為帶寬不會是一個緊迫問題的想法似乎是無可厚非的。然而，針對擴(kuò)展到新頻段（即Q和V）的可行性已經(jīng)展開探索。那么，業(yè)界對這種擴(kuò)展抱有何種態(tài)度？這些頻段具有多大的潛力呢？

衛(wèi)星行業(yè)正在快速發(fā)展，新的應(yīng)用程序?qū)映霾桓F。由于衛(wèi)星可以用于許多領(lǐng)域，如廣播、測繪、氣象、地球觀測等，近年來，衛(wèi)星使用的快速增長已經(jīng)導(dǎo)致在較低頻段中的可用帶寬嚴(yán)重匱乏。

業(yè)界對這種擁擠狀況的議論已經(jīng)持續(xù)好長一段時間了。我們已經(jīng)看到這個行業(yè)不斷進(jìn)入新的頻段，從C到Ku、從Ku到Ka。轉(zhuǎn)移到Ka頻段預(yù)計將減輕對可用帶寬的壓力，因為將有更多的可用帶寬。然而，隨著更高吞吐量的需求增長和非對地靜止軌道（NGSO）星座的出現(xiàn)，業(yè)界不得不對未來有所考慮。現(xiàn)在，已到了需要評估其他頻段的潛力的時候，可以幫助支持對當(dāng)前和未來需要高吞吐量的應(yīng)用的不斷增長的需求。

因此，我們將衛(wèi)星頻譜上移到Q/V頻段，這是衛(wèi)星頻段利用的下一個前沿領(lǐng)域，可為電信基礎(chǔ)設(shè)施的快速部署開辟新的可能性.。

2 什么是Q/V頻段？

Q/V頻段位于無線電頻譜的極高頻（EHF）區(qū)域內(nèi)的33-75GHz之間，這些頻段目前主要用于衛(wèi)星通信、遙感、地面微波通信和射電天文研究。

希望EHF通過將衛(wèi)星和主站之間的Ka鏈路變?yōu)镼/V頻段，來提升下一代高通量衛(wèi)星（HTS）的性能。這將使更多的帶寬可用于Ka頻段的用戶，并且還將減少所需的主站數(shù)量，反過來，將有助于降低每比特通信成本。

寫到這里，這方式聽起來很簡單，但EHF頻段容易發(fā)生信號傳播衰減，這是大氣的不同區(qū)域?qū)πl(wèi)星信號的影響。對毫米波而言，其僅通過視距傳播，這種傳播的影響效果是顯著的。因此，衰減補(bǔ)償技術(shù)（如ACM自適應(yīng)編碼調(diào)制）將是必要的，以降低這種衰退，然而，這些手段需要以經(jīng)濟(jì)的方式實現(xiàn)。

“由于這些頻段中的較高的大氣和雨衰影響，它們最初用于大型地面站到（地球靜止軌道）GEO系統(tǒng)的高帶寬網(wǎng)關(guān)饋線鏈路。”波音國際衛(wèi)星系統(tǒng)公司總裁Mark Spiwak解釋道，“但Q/V波段系統(tǒng)中可用的高帶寬也使它們對中地球軌道（MEO）或低地球軌道（LEO）系統(tǒng)的用戶和關(guān)口站之間的鏈路具有吸引力，因為這些軌道具有較低的路徑損耗。”

如果Q/V頻段被利用，它們可能為軍事和商業(yè)應(yīng)用開辟廣泛的新產(chǎn)品和服務(wù)的潛力。然而，進(jìn)入這些新頻段有什么樣的需求，衛(wèi)星業(yè)如何做好相應(yīng)準(zhǔn)備呢？與Ka頻段一樣，將存在技術(shù)和監(jiān)管挑戰(zhàn)，因此對行業(yè)來說這是現(xiàn)實可行的嗎？

已經(jīng)有人開始嘗試在Q/V頻段中測試傳輸。2016年3月，Eutelsat成為第一個在其Eutelsat 65 West A衛(wèi)星上測試Q/V波段通信的商業(yè)運營商之一。Eutelsat首席技術(shù)官Yohann Leroy說：“我們的目標(biāo)是獲得先進(jìn)的洞察力，提高未來高吞吐量衛(wèi)星的效率和成本效益。”

與勞拉空間系統(tǒng)（SSL）合作，Eutelsat確認(rèn)已經(jīng)使用實驗有效載荷在EHF中成功地進(jìn)行了傳輸。利用該有效載荷來分析40-50GHz的Q/V頻段的潛在性能，并測定這是否是促進(jìn)Terabit衛(wèi)星寬帶計劃的關(guān)鍵。

“我們認(rèn)為Q和V頻段將塑造未來寬帶通信系統(tǒng)的藍(lán)圖，因為這些頻段將顯著提高下一代高吞吐量衛(wèi)星節(jié)目的性能。”Leroy說。

3 AlphaSat和Aldo Paraboni

2013年7月發(fā)射的Alphasat是衛(wèi)星行業(yè)開發(fā)Q/V頻段使用的重要一步，該星是曾經(jīng)建造的最大的通信衛(wèi)星。Alphasat搭載了由Thales Alenia Space為意大利航天局（ASI）制造的有效載荷，載荷被命名為Aldo Paraboni，受到這位已故意大利科學(xué)家的啟發(fā)而來，是第一個探索在38和48GHz的Q/V頻段的技術(shù)演示載荷。

有效載荷正在測試Q/V頻段內(nèi)站點之間寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的性能，以評估在可能對信號產(chǎn)生負(fù)面影響的大氣條件下的性能。現(xiàn)在，ASI的科學(xué)家已經(jīng)開始分析來自歐洲有效載荷的兩個信號的兩組數(shù)據(jù)。科學(xué)家們正在比較它們的表現(xiàn)，以確定它們?nèi)绾问艿教鞖獾挠绊懀@些數(shù)據(jù)將用于打造未來地球靜止衛(wèi)星的寬帶通信模式。希望該測試項目將確認(rèn)更多的可用帶寬和使用更小的用戶終端的可能性，因為預(yù)期進(jìn)一步的研究將消除對超大鏈路的需要以補(bǔ)償信號衰減。

“建立固定的備份地面關(guān)口站網(wǎng)絡(luò)是克服Q和V頻段對天氣條件的敏感性的條件。”Leroy說，“需要開發(fā)解決方案，在不到30秒內(nèi)從一個關(guān)口站切換到另一個，并將天氣預(yù)報情報集成到網(wǎng)絡(luò)中。”

正在進(jìn)行的研究對未來的電信部署非常令人鼓舞，然而，更廣泛的衛(wèi)星行業(yè)有沒有立足之地？當(dāng)我們正等待看到Ka頻段將如何施展時，難道在這個時間點是真正應(yīng)該優(yōu)先考慮的事項？或是整個行業(yè)應(yīng)該考慮的事情？

Spiwak認(rèn)為其中必有需求，更快地向Q/V頻段區(qū)域發(fā)展宜早不宜遲。他解釋道：“HTS運營商越來越感興趣，將關(guān)口站天線移動到這些頻段釋放Ku和Ka波段頻譜，以增加用戶容量，更好地為這些用戶提供服務(wù)。”

衛(wèi)星運營商對新頻段的需求是肯定可以預(yù)期的，因為他們必須看得更遠(yuǎn)。衛(wèi)星業(yè)務(wù)，特別是對運營商來說，是一個長期的業(yè)務(wù)，因此需要提前解決未來的需求。然而，對于寬帶通信提供商Advantech公司而言，這種向Q/V頻段的轉(zhuǎn)移是微不足道的。Advantech全球銷售和業(yè)務(wù)發(fā)展資深副總裁Steve Richeson說：“我們看到它們僅被潛在地用到高吞吐量衛(wèi)星的‘饋線’鏈路。當(dāng)一個單獨主站需要對多個獨立點波束發(fā)出一個上行鏈路時，高帶寬可以在這樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中提供高效率。我們正與客戶合作，密切關(guān)注對這些頻段的要求。這些系統(tǒng)的商業(yè)部署為時尚早，目前還沒有實際的需求或解決方案。”

4 清除障礙：監(jiān)管

美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）最近通過了“頻譜前沿”提案，這將加快5G服務(wù)的快速通道，第一個可以在2017年初看到。該建議強(qiáng)調(diào)，F(xiàn)CC將促進(jìn)共享計劃，以確保不同的用戶能夠共享頻譜。FCC的情況說明中提到：“它還將為28GHz，37GHz，39GHz頻段的持續(xù)和擴(kuò)展的衛(wèi)星運行創(chuàng)造一條途徑。它將采用若干機(jī)制，為衛(wèi)星運營商提供靈活性和向地面運營商提供可預(yù)測性。”

然而，在衛(wèi)星行業(yè)中存在一絲不安，并且非常擔(dān)心衛(wèi)星可能不能在Q/V頻段中得到最好的處理。在2015年世界無線電通信大會（WRC-15）C波段爭奪風(fēng)波之后（5G運營商爭取C頻段使用權(quán)），人們擔(dān)心該行業(yè)可能必須再次戰(zhàn)斗。

FCC的新規(guī)則提供在衛(wèi)星下行鏈路頻段中接入5G載波，并且這將影響V頻段關(guān)口站的部署。Spiwak解釋說：“建議的規(guī)則還提出了可以向5G載波提供對衛(wèi)星上行鏈路頻段的接入，在國際上，國際電信聯(lián)盟（ITU）正在進(jìn)行研究，以制定程序和規(guī)則，以便能夠成功地協(xié)調(diào)衛(wèi)星和其他分配業(yè)務(wù)之間的Q/V頻段使用。”

仍有很多潛在的沖突，來自一些HTS運營商的對Q/V頻段的興趣水平是顯著的。與波音公司和Eutelsat公司一樣，其他運營商（如ViaSat，Inmarsat，neWeb，O3b，Iridium）也對EHF很感興趣，并開始在EHF方面的研發(fā)，有人擔(dān)心，如果5G部署超過衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的需求，那么利用頻譜將受到一定威脅。

“特別是在WRC-19期間，衛(wèi)星行業(yè)正在尋求2019年政府的認(rèn)可，確認(rèn)衛(wèi)星行業(yè)的吸引力，通過明確的監(jiān)管規(guī)定將這些頻段整合到未來衛(wèi)星寬帶解決方案的部署中。”Eutelsat頻譜管理戰(zhàn)略部總監(jiān)Wladimir Boquet說。

重要的是鼓勵所有相關(guān)行業(yè)和機(jī)構(gòu)開展對話。“波音一直與FCC、國際電聯(lián)、衛(wèi)星工業(yè)協(xié)會（SIA）和地面運營商密切合作，倡導(dǎo)衛(wèi)星系統(tǒng)的需求，我們還與地面運營商直接合作，了解即將推出的5G部署，并根據(jù)這些新法規(guī)找到優(yōu)化衛(wèi)星頻譜使用的方法。”Spiwak說。

5 投資與新技術(shù)

在Q/V頻段的使用方面必須清除的另一個主要障礙是成本的問題和必須開發(fā)實現(xiàn)它的新技術(shù)。目前，所需的衛(wèi)星和地面硬件還不是以大用戶量為目標(biāo)構(gòu)建的，所以負(fù)擔(dān)能力將是關(guān)鍵，但這需要大量的投資。Richeson說：“成本將是使這些頻段可利用的一個巨大挑戰(zhàn)，在產(chǎn)量可以變得可預(yù)測之前，組件的成本需要降低并且產(chǎn)量需要增加。”

這是幾十年前開始的類似商業(yè)Ka頻段發(fā)展的路徑。隨著Ka頻段系統(tǒng)的部署仍然相對較新，對于接下來會發(fā)生什么的可能性進(jìn)行討論似乎還為時過早，但衛(wèi)星運營商尤其渴望看到Q/V頻段的測試結(jié)果。他們的長期業(yè)務(wù)依賴于仔細(xì)的市場預(yù)測，試圖找出未來的需求水平。如果他們現(xiàn)在不采取行動，并且HTS市場確實按預(yù)期成指數(shù)增長，就會面臨帶寬的巨大需求，沒有人愿意落在后面。

在時間表方面，有關(guān)何時發(fā)生這些變化尚有不同意見。對波音公司而言，建造Q/V頻段衛(wèi)星可能在很短時間內(nèi)開始。“除了已經(jīng)飛行的實驗有效載荷外，我們預(yù)計在未來6至12個月內(nèi)，將會有使用這些頻段的商業(yè)衛(wèi)星訂單。”Spiwak說。

Leroy則認(rèn)為“采用實現(xiàn)技術(shù)的條件和時間表，估計我們在下一個十年的早期階段能夠進(jìn)入。”Richeson認(rèn)為將需要10到12年，他說：“目前為止，需求并不很多，有一個即將到來的容量過剩，但總會有特定的應(yīng)用需要更多帶寬。”

總之，測試正在進(jìn)行中，有不同程度的傾向需求這些頻段。然而，使用它們確有明顯的優(yōu)勢。當(dāng)然在充分利用這些頻段之前，仍然有一些嚴(yán)重的障礙要清除。■（邵曉紅譯自ViaSatellite）

Advantech Wireless贏得數(shù)百萬美元的合同

Advantech Wireless近日宣布，已從北約成員國收到一份價值數(shù)百萬美元的合同，提供其堅固耐用的軍用級SATCOM終端，包括基于GaN（氮化鎵）的新型先進(jìn)的固態(tài)功率放大器。Advantech Wireless的第二代基于GaN的SSPA/BUC具有卓越的線性度和工作效率。這些先進(jìn)的系統(tǒng)是當(dāng)今市場上體積超小的一體化集成單元，憑借內(nèi)置的設(shè)計功能特性，它們非常適合各種惡劣環(huán)境、動中通和便攜式終端部署。