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蓬勃发展中的Ka波段宽带卫星通信

  随着卫星宽带多媒体业务需求的快速增长,传统应用的C波段和Ku波段日前已十分拥挤,越来越无法满足市场的需求。令相对空闲的Ka波段(20~40GHz)成为全球各地,特别是欧美地区高清电视及宽带多媒体双向业务的首选频段。
  专家指出,Ka波段具有可用带宽宽(第三区上行27.5~31GHz,下行l7.1~21.2GHz,宽带均为3500MHz)、传输容量大、千扰少、设备体积小等特点,特别适用于高速卫星通信、宽带数字传输、HDTV、SNG、VSAT、DTH电视等双向|王星多媒体业务。虽然Ka波段雨衰(降雨时信号衰减)较火,为确保通信与业务的高可靠性和高利用率。设计上对器件和工艺的要求也较高。从而造成通信成本的上升,但随着新技术及要求也较高,从而造成通信成本的上升。但随着新技术及新工艺的应用,比如可以采用多波束功率优化分配、上行链路歼环功率控制等方法进行雨衰补偿.最近儿年来.世界上已经有更多的国家开始发展或筹备开发Ka波段通信业务。
  鉴于Ka波段频段内共用通信业务极为复杂,包括了静止轨道卫星通信固定业务和移动业务,以及非静止轨道卫星固定业务(如卫星地球探测等),这里仅探讨静止轨道Ka波段通信业务近年来在全球的发展。
  根据不完全统计,从2002年至201 0年9月,美国、加拿大、委内瑞拉、法国、卢森堡、以色列、日本、韩国、沙特阿拉伯、埃及和尼日利亚等十多个国家的卫星运营商、DTH卫星电视运营商及卫星宽带服务提供商共发射了30多颗携带Ka波段有效载荷的商用通信卫星,其中包括美国5颗全Ka波段高清电视直播卫星Spaceway l/2和DirecTV l 0/1 1门2,以及2颗全Ka波段宽带通信卫星WildBlue1、Spaceway 30 相关资讯还显示,从201 0年1 0月至2014年,全球预计发射携带Ka波段有效载荷的商用通信卫星也超过30颗,其中全Ka波段通信卫星多达9颗,包括美国高清电视直播卫星Direc TV l 4及宽带通信卫星Viasat l、Jupiter,英国和阿联酋宽带通信卫星Hylans 2、yahsat l B,法国宽带通信卫星Eutelsatka—sat,以及2013年起发射的3颗宽带移动通信卫星Inmarsat 5F。而未来三年发展Ka波段通信业矧哿增加英国、西班牙、俄罗斯、土耳其、阿联酋、卡塔尔和印度等国家。
  基于可用带宽宽、传输容量大的优势及市场的需求,目前多波段通信卫星或全Ka波段通信卫星携带的Ka波段有效载荷,在商业市场上除用于高清电视广播业务外,大部分被应用于高速宽带通信的各种业务。而全球Ka波段卫星通信发展最快的是欧美地区,特别是美国。
  美国
  美国是Ka波段卫星通信商用较早的国家之一,也是世界上发射Ka波段通信卫星及有效载荷最多的国家。自2002年以来美国共发射的1 3颗携带Ka波段有效载荷的通信卫星,除分别发射于2005年(Spaceway l/2)及2007至2009年(Direc TVl0/1 1/12)的5颗6吨级大型卫星用于直播卫星电视运营商Direc TV公司的高清电视直播业务外,其余的卫星Ka波段有效载荷大体上都用于宽带通信业务。 2003年8月美国Echostar通信公司发射的电视直播卫星Echostar 9(1210w)携带了2个Ka波段转发器,首次为用户提供宽带接入等商用服务。2004年1 0月及1 2月,美国卫星运营商SES Americon公司(现重组更名为SES World SKies公司)发射了该公司首次各携带1 2个Ka波段转发器的通信卫星AMC l 5(1 050W)和AMC l6(850W),并于2005年初开始为北美市场提供Ka波段宽带通信商用服务。
  令业界关注的是,为推动Ka波段宽带通信在美国的商用及蓬勃发展,两家美国的卫星宽带服务提供商不仅在2006年及2007年相继发射了世界上首批两颗商用的Ka波段宽带通信卫星WildBlue1和Spaceway 3,而且预计2011年及2012年先后发射两颗6吨级,总流量超过100Gbps的新一代大型Ka波段宽带通信卫星Viasat l和Jupiter。
  2006年1 2月,一家专门为缺少或没有地面网络设施的农村及小城镇的小型企业和家庭用户提供卫星高速双向宽带互联网接入的Ka波段卫星宽带服务提供商——美国WiId BIue通信有限公司发射了世界上首颗商用的Ka波段宽带通信卫星WildBluel。该卫星由美国劳拉空间系统公司建造,发射重量4735公斤,在轨设计寿命15年,设计有35个Ka波段点波束,覆盖美国及邻近地区。WiIdBIuel卫星2007年初在1 1 1.1 °
  W轨位上投入商业服务,主要为美国农村、小城镇及偏远地区的小型企业和家庭用户提供双向宽带互联网服务。此前,WildBlue公司2005年第3季利用承租的加拿大通信卫星Anik F2(111.1°W)多个Ka波段转发器,迄今已为数十万户美国农村家庭提供了卫星宽带互联网服务。2009年8月,该公司又租用SES VX,/orld Skies公司的AMCl 5卫星多个Ka波段转发器,进一步在美国农村及偏远地区推广其卫星宽带服务。20 1 1年,该公司将透过当年发射的Viasatl卫星,为用户提供新一代宽带服务。
  2007年8月,美国知名的宽带卫星网络及服务提供商休斯网络系统公司发射了美国首颗高功率大容量长寿命Ka波段宽带通信卫星Spaceway3。该卫星由美国波音卫星系统建造,采用Boein9 702型卫星平台,发射重量6075公斤,在轨设计寿命l2年,卫星总容量10Gbps,携带68个Ka波段转发器,现在95。W轨位上为北美地区企业、政府机构及消费提供互联网、IP数据、语音、视频、多媒体应该的双向高速通信服务。这是休斯网络系统公司首次涉足Ka波段宽带通信服务市场。
  2008年1月,美国一家创新的卫星及数字通信设备制造商--Viasat公司向劳拉空间系统公司订购了一颗高功率大容量长寿命的Ka波段宽带通信卫星Viasatl。该卫星发射重量约6000公斤,卫星总流通量1 00 Gbps,在轨设计寿命1 5年,预计201 1年4月发射,未来在1 1 5° w轨位上股役,为北美地区提供Tooway等宽带互联网等服务。Tooway服务是基于Viasat公司研发的Su rfBeam技术,是一种专门为住宅用户设计的新型双向高速卫星宽带服务。Tooway月艮务经过Viasat公司与WildBlue公司及加拿大Telesat公司的合作,2005年起在北美市场推出,现拥50万家庭用户。为了更好地进军北美地区卫星宽带服务市场,2009年1 2月,Viasat公司完成了对WildBlue公司的并购,成为北美市场另一家颇具实力的Ka波段卫星宽带服务的提供商。
  基于加强公司已建立的Ka波段宽带卫星网络的需要,为提升Ka波段宽带服务能力,并与Viasat公司竞争,美国休斯网络系统公司今年5月也向劳拉公司订购了一颗高功率大容量长寿命的Ka波段宽带通信卫星Jupiter。卫星发射重量约61 00公斤,卫星总流通量超100Gbps,在轨设计寿命1 5年,预计2012年初发射,升空后与Spaceway3卫星一起服务于北美市场。分析家指出,未来数年北美地区Ka波段卫星宽带服务市场的竞争格局已初步形成。
  加拿大
  加拿大也是世界上Ka波段卫星通信业务发展较早、商用也较早的国家之一。目前由加拿大卫星运营商Telesat公司运营的电视直播卫星Nimiq2/4及通信卫星Anik F2/F3都携带有Ka波段有效载荷。其中,2004年7月发射的Anik F2(1 1 1.1°W)携带了38个Ka波段转发器。主要用于为北美地区的商业机构和政府机构(如公共服务机构)以及消费者提供双向高速宽带通信服务,包括宽带互联网连接、为农村及边远地区提供远程医疗、远程教育等多媒体服务。Anik F3卫星(111.9°W)发射于2007年4月,携带的2个Ka波段转发器用于补充Anik F2卫星Ka波段容量的不足。发射于2008年9月的Nimiq4卫星(82°W)携带的8个Ka波段转发器,现用于HDTV及宽带通信业务。
  欧洲
  欧洲首颗高功率大容量长寿命Ka波段宽带通信卫星Eutelsat Ka—sat由全球排名第三位的欧洲卫星运营商Eutelsat公司运营。该卫星发射重量5800公斤,卫星总功率l 5KW,有效载荷功率1 1 KW,在轨设计寿命l5年,采用EADS Astrium公司Eu rosta r E3000型卫星平台,设计有80多个先进的Ka波段点波束,卫星总流通量70 Gbps,预计201 0年1 2月发射,201 1年初在9。E轨位上投入商业服务。届时,这颗世界上功率强大的Ka波段通信卫星将结合地面l 0个网关及容量光纤网络进行运营,为欧-沙N200万户卫星家庭以及中东、非洲用户提供Tooway卫星宽带、视频应该(HD数字电影、3D电视等)和数据应用等服务。其中,Tooway卫星宽带服务上网最高速度将从目前3.6 Mbps提高到1 0Mbps,该服务在速度价格及品质上将与地面AD S L2月E务类似。Tooway双向卫星宽带服务现透过Eu roBi rd3卫星(330E)KU波段和发射于2002年8月的HotBi rd6卫星(1 3°E)KU波段和发射于2002年8月的HotBi rd6卫星(1 30E)Ka波段为用户提供.截至2010年9月,Tooway宽带服务已扩大到30个欧洲国家的市场。
  欧洲另一家知名的卫星运营商SESAstra公司推出的ASTRA2 Connect双向卫星宽带服务目前已扩展到21个欧洲国家及多个中东国家的市场,该服务现透过多颗Astra卫星KU波段提供给6.5万以上的终端用户,以满足这部分身处缺少地面网络设施地区的用户上网、打IP电话等需求。据称,尽管SES Astra公司怀疑Ka波段卫星宽带服务在欧洲可能没有大市场,但基于其竞争对手Eutelsat公司即将全面推出Ka波段高速卫星宽带服务,该公司今年9月宣布,未来将利用201 0年3月发射的Astra 3B卫星(23.5°E)、2007年5月发射的Astra l L卫星(19.20E)以及预计2012年至201 4年发射的Astra,2E/2F/2G卫星(28.2°E)、Astra 5B卫星.(30.5°E)所携带的Ka波段转发器为用户传输ASTRA2Connece宽带服务,而且这6颗卫星的Ka波段容量可以服务与法国、德国、波兰每个大型商场各6万用户。
  同样引人关注的英国首颗宽带通信卫星Hylas l预计今.年1 1月底发射。该卫星由因果Avanti通信公司运营,欧洲EADS Astrium公司与印度空间研究组织(ISRO)所属的Antrix公司合作建造,发射重量2750公斤,在轨设计寿命1 5年,携带8个Ka波段及2个Ku波段转发器,升空后将在33.50W轨位上运行,可以为西欧、中欧地区22个国家缺少地面网络设施的35万用户提供双向卫星宽带服务及交互式高清电视。为进一步拓展欧洲卫星宽带市场,英国卫星宽带服务提供商Avanti公司2009年底向美国卫星发射重量31 00公斤,采用Star 2型卫星平台,携带24个Ka波段转发器,在轨设计寿命1 5年,卫星总容量8.28Gbps,可服务于100玩用户,其覆盖区域也从西欧扩大到东欧,中冬及南非。Hylas 2卫星预计201 2年上半年发射,升空后也在33.5°W轨位上服役。
  俄罗斯
  俄罗斯卫星通信公司最近表示,该公司预计2011年至2012年发射的多颗多波段高功率大容量通信卫星Express AM4(80°E)/AM5(140°E)/AM6(53°E)均携带有多个Ka波段转发器,未来新卫星升空后将为俄罗斯全国缺少或没有地面网络设施的地区提供Ka波段宽带接入等通信服务,届时俄罗斯将进入Ka波段通信新时代。
  中东及非洲
  以色列卫星运营商Spacecon有限公司2008年4月发射的通信卫星Amos 3(4°W)携带了2个Ka波段转发器,主要应用于宽带互联网业务。该公司预计2012年发射的新一代通信卫星Amos 4(65°E)将携带4个Ka波段转发器,该卫星未来升空后将进一步扩展Amos 3(4°W)宽带通信业务。
  总部在沙特阿拉伯利雅得的卫星运营商Arabsat公司今年6月发射的新一代通信卫星Badr 5(26°E)携带了4个Ka波段转发器,将用于交互式电视、HDTV及宽带通信业务。2010年8月埃及卫星运营商Nilesat公司发射的新一代通信卫星Nilesat 201(7°W)也首次携带了4个Ka波段转发器,未来将用于开拓北非和中东地区的宽带互联网市场。
  预计2011年发射的Arabsat公司另一颗通信卫星Arabsat 5C(20°E)以及阿联酋卫星运营商Yahsat公司两颗新型通信卫星yahsat IA IB(52.5°E),预计2013年发射。由Eutelsat公司与卡塔尔共同投资建造及运营的新一代通信卫星EuroBird 2A(25.5°E又名Eshail),分别携带有l4个或21个Ka波段转发器,其中yahsat lB卫星是全Ka波段宽带通信卫星。这几颗通信卫星未来投入商业服务后,将大幅增加中东及非洲Ka波段的容量,促进该地区Ka波段宽带通信和高清电视市场的蓬勃发展。
  亚洲
  相比之下,Ka波段卫星通信在亚洲地区的发展较缓慢。日本是亚洲应用Ka波段通信业务较早的国家,近几年日本发射的多颗卫星都携带了Ka波段的有效载荷。比如,2004年4月日本宇宙通信公司(SCC,现SCC重组并入Sky Perfect JSAT公司)发射的Superbird A2卫星(原名超鸟六号,Superbird6)携带了4个Ka波段和23个KU波段转发器,其中Ka波段工作于30/20G HZ频段。该卫星在158°E轨位上运行,为用户提供宽带互联网、SNG、VSAT、高速数据传输、远程教育等服务。2005年2月及2006年2月日本发射的两颗多功能传输卫星MTSATIR(140°E)和MTSAT2(145°E)也分别携带有Ka波段有效载荷,用于民用航空通信及航行管理业务。不过,Ka波段通信业务在日本至今还未有大规模的开发应用。 继日本之后,韩国、印度已开始筹备发展Ka波段通信业务。2010年6月韩国发射的首颗多功能卫星COMSl(128.2°E)携带了一台由本国研制的Ka波段有效载荷.将用于宽带多媒体服务的试验。4月15日印度发射的国产实验通信卫星G—sat4携带了8个Ka波段转发器的通信有效载荷,原计划进行Ka波段宽带通信及多媒体应用的试验,但因运载火箭GSLV—D3出现故障,导致卫星坠入孟加拉湾海域。据悉,印度计划2013年发射另一颗携带8个Ka波段转发器的国产通信卫星G—Satl4,继续进军Ka波段通信市场。


 
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