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          探索Ka之外的未来卫星通信方式

          发布时间:2017-04-06 10:49:00 浏览次数:

          2017-04-05 数字通信世界 EasyDS

          1  引言


          随着目前和未来Ka频段容量的激增,认为带宽不会是一个紧迫问题的想法似乎是无可厚非的。然而,针对扩展到新频段(即Q和V)的可行性已经展开探索。那么,业界对这种扩展抱有何种态度?这些频段具有多大的潜力呢?
          卫星行业正在快速发展,新的应用程序层出不穷。由于卫星可以用于许多领域,如广播、测绘、气象、地球观测等,近年来,卫星使用的快速增长已经导致在较低频段中的可用带宽严重匮乏。

           

          业界对这种拥挤状况的议论已经持续好长一段时间了。我们已经看到这个行业不断进入新的频段,从C到Ku、从Ku到Ka。转移到Ka频段预计将减轻对可用带宽的压力,因为将有更多的可用带宽。然而,随着更高吞吐量的需求增长和非对地静止轨道(NGSO)星座的出现,业界不得不对未来有所考虑。现在,已到了需要评估其他频段的潜力的时候,可以帮助支持对当前和未来需要高吞吐量的应用的不断增长的需求。因此,我们将卫星频谱上移到Q/V频段,这是卫星频段利用的下一个前沿领域,可为电信基础设施的快速部署开辟新的可能性.。


          2  什么是Q/V频段?


          Q/V频段位于无线电频谱的极高频(EHF)区域内的33-75GHz之间,这些频段目前主要用于卫星通信、遥感、地面微波通信和射电天文研究。
          希望EHF通过将卫星和主站之间的Ka链路变为Q/V频段,来提升下一代高通量卫星(HTS)的性能。这将使更多的带宽可用于Ka频段的用户,并且还将减少所需的主站数量,反过来,将有助于降低每比特通信成本。

           

          写到这里,这方式听起来很简单,但EHF频段容易发生信号传播衰减,这是大气的不同区域对卫星信号的影响。对毫米波而言,其仅通过视距传播,这种传播的影响效果是显著的。因此,衰减补偿技术(如ACM自适应编码调制)将是必要的,以降低这种衰退,然而,这些手段需要以经济的方式实现。
          “由于这些频段中的较高的大气和雨衰影响,它们最初用于大型地面站到(地球静止轨道)GEO系统的高带宽网关馈线链路。”波音国际卫星系统公司总裁Mark Spiwak解释道,“但Q/V波段系统中可用的高带宽也使它们对中地球轨道(MEO)或低地球轨道(LEO)系统的用户和关口站之间的链路具有吸引力,因为这些轨道具有较低的路径损耗。”


          如果Q/V频段被利用,它们可能为军事和商业应用开辟广泛的新产品和服务的潜力。然而,进入这些新频段有什么样的需求,卫星业如何做好相应准备呢?与Ka频段一样,将存在技术和监管挑战,因此对行业来说这是现实可行的吗?
          已经有人开始尝试在Q/V频段中测试传输。2016年3月,Eutelsat成为第一个在其Eutelsat 65 West A卫星上测试Q/V波段通信的商业运营商之一。Eutelsat首席技术官Yohann Leroy说:“我们的目标是获得先进的洞察力,提高未来高吞吐量卫星的效率和成本效益。”

           


          与劳拉空间系统(SSL)合作,Eutelsat确认已经使用实验有效载荷在EHF中成功地进行了传输。利用该有效载荷来分析40-50GHz的Q/V频段的潜在性能,并测定这是否是促进Terabit卫星宽带计划的关键。
          “我们认为Q和V频段将塑造未来宽带通信系统的蓝图,因为这些频段将显著提高下一代高吞吐量卫星节目的性能。”Leroy说。


          3  AlphaSat和Aldo Paraboni


          2013年7月发射的Alphasat是卫星行业开发Q/V频段使用的重要一步,该星是曾经建造的最大的通信卫星。Alphasat搭载了由Thales Alenia Space为意大利航天局(ASI)制造的有效载荷,载荷被命名为Aldo Paraboni,受到这位已故意大利科学家的启发而来,是第一个探索在38和48GHz的Q/V频段的技术演示载荷。


          有效载荷正在测试Q/V频段内站点之间宽带数据业务的性能,以评估在可能对信号产生负面影响的大气条件下的性能。现在,ASI的科学家已经开始分析来自欧洲有效载荷的两个信号的两组数据。科学家们正在比较它们的表现,以确定他们如何受到天气的影响,这些数据将用于打造未来地球静止卫星的宽带通信模式。希望该测试项目将确认更多的可用带宽和使用更小的用户终端的可能性,因为预期进一步的研究将消除对超大链路的需要以补偿信号衰减。


          “建立固定的备份地面关口站网络是克服Q和V频段对天气条件的敏感性的条件。”Leroy说,“需要开发解决方案,在不到30秒内从一个关口站切换到另一个,并将天气预报情报集成到网络中。”


          正在进行的研究对未来的电信部署非常令人鼓舞,然而,更广泛的卫星行业有没有立足之地?当我们正等待看到Ka频段将如何施展时,难道在这个时间点是真正应该优先考虑的事项?或是整个行业应该考虑的事情?

           

           
          Spiwak认为其中必有需求,更快地向Q/V频段区域发展宜早不宜迟。他解释道:“HTS运营商越来越感兴趣,将关口站天线移动到这些频段释放Ku和Ka波段频谱,以增加用户容量,更好地为这些用户提供服务。”


          卫星运营商对新频段的需求是肯定可以预期的,因为他们必须看得更远。卫星业务,特别是对运营商来说,是一个长期的业务,因此需要提前解决未来的需求。然而,对于宽带通信提供商Advantech公司而言,这种向Q/V频段的转移是微不足道的。Advantech全球销售和业务发展资深副总裁Steve Richeson说:“我们看到它们仅被潜在地用到高吞吐量卫星的‘馈线’链路。当一个单独主站需要对多个独立点波束发出一个上行链路时,高带宽可以在这样的网络架构中提供高效率。我们正与客户合作,密切关注对这些频段的要求。这些系统的商业部署为时尚早,目前还没有实际的需求或解决方案。”

           

          4  清除障碍:监管


          美国联邦通信委员会(FCC)最近通过了“频谱前沿”提案,这将加快5G服务的快速通道,第一个可以在2017年初看到。该建议强调,FCC将促进共享计划,以确保不同的用户能够共享频谱。FCC的情况说明中提到:“它还将为28GHz,37GHz,39GHz频段的持续和扩展的卫星运行创造一条途径。它将采用若干机制,为卫星运营商提供灵活性和向地面运营商提供可预测性。”然而,在卫星行业中存在一丝不安,并且非常担心卫星可能不能在Q/V频段中得到最好的处理。在2015年世界无线电通信大会(WRC-15)C波段争夺风波之后(5G运营商争取C频段使用权),人们担心该行业可能必须再次战斗。


          FCC的新规则提供在卫星下行链路频段中接入5G载波,并且这将影响V频段关口站的部署。Spiwak解释说:“建议的规则还提出了可以向5G载波提供对卫星上行链路频段的接入,在国际上,国际电信联盟(ITU)正在进行研究,以制定程序和规则,以便能够成功地协调卫星和其他分配业务之间的Q/V频段使用。”
          仍有很多潜在的冲突,来自一些HTS运营商的对Q/V频段的兴趣水平是显著的。与波音公司和Eutelsat公司一样,其他运营商(如ViaSat,Inmarsat,neWeb,O3b,Iridium)也对EHF很感兴趣,并开始在EHF方面的研发,有人担心,如果5G部署超过卫星产业的需求,那么利用频谱将受到一定威胁。


          “特别是在WRC-19期间,卫星行业正在寻求2019年政府的认可,确认卫星行业的吸引力,通过明确的监管规定将这些频段整合到未来卫星宽带解决方案的部署中。”Eutelsat频谱管理战略部总监Wladimir Boquet说。


          重要的是鼓励所有相关行业和机构开展对话。“波音一直与FCC、国际电联、卫星工业协会(SIA)和地面运营商密切合作,倡导卫星系统的需求,我们还与地面运营商直接合作,了解即将推出的5G部署,并根据这些新法规找到优化卫星频谱使用的方法。”Spiwak说。

           

          5  投资与新技术


          在Q/V频段的使用方面必须清除的另一个主要障碍是成本的问题和必须开发实现它的新技术。目前,所需的卫星和地面硬件还不是以大用户量为目标构建的,所以负担能力将是关键,但这需要大量的投资。Richeson说:“成本将是使这些频段可利用的一个巨大挑战,在产量可以变得可预测之前,组件的成本需要降低并且产量需要增加。”


          这是几十年前开始的类似商业Ka频段发展的路径。随着Ka频段系统的部署仍然相对较新,对于接下来会发生什么的可能性进行讨论似乎还为时过早,但卫星运营商尤其渴望看到Q/V频段的测试结果。他们的长期业务依赖于仔细的市场预测,试图找出未来的需求水平。如果他们现在不采取行动,并且HTS市场确实按预期成指数增长,就会面临带宽的巨大需求,没有人愿意落在后面。


          在时间表方面,有关何时发生这些变化尚有不同意见。对波音公司而言,建造Q/V频段卫星可能在很短时间内开始。“除了已经飞行的实验有效载荷外,我们预计在未来6至12个月内,将会有使用这些频段的商业卫星订单。”Spiwak说。
          Leroy则认为“采用实现技术的条件和时间表,估计我们在下一个十年的早期阶段能够进入。”Richeson认为将需要10到12年,他说:“目前为止,需求并不很多,有一个即将到来的容量过剩,但总会有特定的应用需要更多带宽。”


          总之,测试正在进行中,有不同程度的倾向需求这些频段。然而,使用它们确有明显的优势。当然在充分利用这些频段之前,仍然有一些严重的障碍要清除。

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