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(huì)是一個(gè)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(shí)間了。我們已經(jīng)看到這個(gè)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(jì)將減輕對可用帶寬的壓力，因?yàn)閷⒂懈嗟目捎脦?。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(píng)估其他頻段的潛力的時(shí)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(gè)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(hào)傳播衰減，這是大氣的不同區(qū)域?qū)πl(wèi)星信號(hào)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(shí)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?yàn)檫@些軌道具有較低的路徑損耗?！?/p>

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(shí)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(gè)在其Eutelsat 65 West A衛(wèi)星上測試Q/V波段通信的商業(yè)運(yùn)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?！?/p>

與勞拉空間系統(tǒng)（SSL）合作，Eutelsat確認(rèn)已經(jīng)使用實(shí)驗(yàn)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(jì)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?yàn)檫@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(gè)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(diǎn)之間寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的性能，以評(píng)估在可能對信號(hào)產(chǎn)生負(fù)面影響的大氣條件下的性能?，F(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(gè)信號(hào)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?，這些數(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(xiàng)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?yàn)轭A(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(hào)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?！盠eroy說，“需要開發(fā)解決方案，在不到30秒內(nèi)從一個(gè)關(guān)口站切換到另一個(gè)，并將天氣預(yù)報(bào)情報(bào)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(shí)，難道在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)是真正應(yīng)該優(yōu)先考慮的事項(xiàng)？或是整個(gè)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(yùn)營商越來越感興趣，將關(guān)口站天線移動(dòng)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)?！?/p>

衛(wèi)星運(yùn)營商對新頻段的需求是肯定可以預(yù)期的，因?yàn)樗麄儽仨毧吹酶h(yuǎn)。衛(wèi)星業(yè)務(wù)，特別是對運(yùn)營商來說，是一個(gè)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(gè)單獨(dú)主站需要對多個(gè)獨(dú)立點(diǎn)波束發(fā)出一個(gè)上行鏈路時(shí)，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(shí)尚早，目前還沒有實(shí)際的需求或解決方案?！?/p>

4 清除障礙：監(jiān)管

美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（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(gè)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(jì)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(yùn)行創(chuàng)造一條途徑。它將采用若干機(jī)制，為衛(wèi)星運(yùn)營商提供靈活性和向地面運(yùn)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(huì)（WRC-15）C波段爭奪風(fēng)波之后（5G運(yùn)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(yùn)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(yùn)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?！盓utelsat頻譜管理戰(zhàn)略部總監(jiān)Wladimir Boquet說。

重要的是鼓勵(lì)所有相關(guān)行業(yè)和機(jī)構(gòu)開展對話?！安ㄒ粢恢迸cFCC、國際電聯(lián)、衛(wèi)星工業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）和地面運(yùn)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(yùn)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(gè)主要障礙是成本的問題和必須開發(fā)實(shí)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(gè)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?！?/p>

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(huì)發(fā)生什么的可能性進(jìn)行討論似乎還為時(shí)過早，但衛(wèi)星運(yùn)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(dòng)，并且HTS市場確實(shí)按預(yù)期成指數(shù)增長，就會(huì)面臨帶寬的巨大需求，沒有人愿意落在后面。

在時(shí)間表方面，有關(guān)何時(shí)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(shí)間內(nèi)開始?！俺艘呀?jīng)飛行的實(shí)驗(yàn)有效載荷外，我們預(yù)計(jì)在未來6至12個(gè)月內(nèi)，將會(huì)有使用這些頻段的商業(yè)衛(wèi)星訂單?！盨piwak說。

Leroy則認(rèn)為“采用實(shí)現(xiàn)技術(shù)的條件和時(shí)間表，估計(jì)我們在下一個(gè)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(gè)即將到來的容量過剩，但總會(huì)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?！觯ㄉ蹠约t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(jià)值數(shù)百萬美元的合同，提供其堅(jiān)固耐用的軍用級(jí)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(jì)功能特性，它們非常適合各種惡劣環(huán)境、動(dòng)中通和便攜式終端部署。