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【前沿】冰火两重天的卫星Ku转发器市场
2021-11-17 / 阅读次数：3626
转自 | 卫星与网络
文 | 潘力 甘海力
摘要
海内卫星Ku转发器市场泛起分解，一方面标准Ku转发器（14/12GHz频段）求过于供，出租率高达100%；另一方面扩展Ku频段（13/11GHz频段）的转发器空置率高，市场认知水平低，用户寥寥。卫星转发器资源原来就稀缺，加上使用上不平衡，造成了卫星频谱资源的铺张。本文剖析了Ku频段的历史沿袭和使用现状，进而提出了改善的建议。
在我们这个高度互联的天下里，卫星依附其广袤笼罩的优点获得了普遍的应用，不但被普遍用于视频分发和现场直播，并且还被用于许多的数据效劳，如互联网宽带毗连、VSAT效劳、移动回程、海事和机载上网等效劳。近年来随着互联互通应用的增添，以及高通量卫星手艺的应用，市场关于卫星转发器的需求强劲。2020年全球卫星转发器使用量抵达创纪录的2000Gbps，相当于2015年的3倍。这种高速增添还将一连生长，到2029年将抵达8800Gbps（图一）。
图一
一直增添的使用量对卫星频率资源提出了重大的挑战，随之而来的是卫星业界需要接纳更高的数据压缩和频率复用手艺，目的是压榨出频率表内里每赫兹的最后一个比特。可是现实是，不管怎么增添效率，基于ITU（国际电信同盟）分派给卫星使用的频谱资源都是有限的。
卫星频段的划分
我们通常说的卫星频段，指的是牢靠卫星营业的非妄想频段，大致可以明确为ITU划分给非L频段的、商用卫星通讯营业的频率。经由几代卫星的生长，现在主要使用的频段是C、Ku和Ka频段（图二）。
图二
4-8GHz频段称为C频段。商用通讯卫星从1960年月就已经最先使用C频段提供国际电话和电视转播等越洋通讯营业。C频段的撒播条件较量稳固，险些不受降雨衰耗影响，适合无线电信号撒播。可是，随着地面移动通讯营业量的增添，特殊是进入5G时代之后，5G信号也最先使用C频段，对卫星信号造成了滋扰（图三）。在羁系部分和ITU的协调下，原用于卫星通讯的扩展C频段（3.4-3.6GHz）重新妄想给了地面5G使用，卫星撤出使用这个频段。
图三
Ka频段的卫星通讯使用27.5-31/17.7-21.2GHz频段，简称为30/20GHz频段。Ka频段多见于高通量卫星（HTS）应用，使用多色频率复用的麋集点波束，其EIRP可达60dBW或更高。Ka频段的波长靠近于雨滴直径，降雨衰耗比Ku频段越发严重（图四）。为了应对越发严重的雨衰，Ka链路需要设计更多的余量（图五）。中国南部、南亚、东南亚等多雨地区很容易遭受降雨导致的通讯中止。
图四
图五
12-18GHz频段称为Ku频段，与C频段相比，Ku频段的天线增益较高，可使用较小口径的地面天线；配套的射频装备相对C频段的体积小许多，本钱低。与Ka频段相比，Ku频段的波长相对较长，降雨衰耗影响较��；并且相关于Ka，Ku频段已经普遍使用数十年，装备继续性好，地面系统的刷新本钱低。
图六
Ku频段关于卫星通讯至关主要
Ku频段关于卫星通讯的主要性毋庸置疑，卫星公司都在加大Ku频段转发器的投入，Ku频段转发器在所有转发器中的占比最大，并且还在逐年提高。预计到2027年占比将提升到68%（图六），两倍于C和Ka转发器个数之总和。
在亚太地区，最早的商业卫星使用的Ku频段是14.0-14.5/12.25-12.75GHz，简称为14/12GHz频段。随着营业量的增添，卫星行业一直起劲去争取更多的频率资源（图七）：
1983年，第一代通讯卫星最先使用Ku频段最先广播电视效劳。其时Ku频段局限在14.0-14.5GHz/12.25-12.75GHz频段（亚太区），只有500MHz的带宽；
由于500MHz带宽缺乏以知足营业拓展的要求，在卫星行业的起劲协调下，经由两次ITU WRC大会（WRC-1992和WRC-1995），确认了13.75-14.0 GHz频段可以作为卫星上行频段使用。可是需要卫星上行链路的地面站天线不小于4.5米，�；の尴叩缍ㄎ缓蚇ASA航天飞机空间探索营业；
4.5米天线口径的限制太大，仍然倒运于营业的开展。NASA航天飞机也已退役多年。卫星行业进一步在WRC-2003大会上争取到将此限制脱期到1.2米（适用于亚太区）；
Ku频段的上行13.75-14.5GHz，只有750MHz；而下行段10.95-11.2GHz，11.45-11.7GHz，和12.2-12.75GHz，共有1050MHz。上行频段比下行频段少了300MHz。经由一轮协调，最终在WRC-2015年大会上，中国、日本、澳大利亚等数个亚太地区国家争取到在14.5-14.8 GHz 可以用作牢靠卫星营业。
图七
至此，中国的无线电频率分派表上，Ku频段上下行频段均为1050MHz，为越发平衡的设计通讯卫星，开展海内和国际的卫星通讯营业打下了基础。特殊是位于13.75-14GHz和14.5-14.8GHz的扩展Ku频段，经由几代卫星频谱专家争取获得，来之不易。现现在Ku频段已经成为卫星通讯的主要频谱，用于向最需要的地方，跨越海洋和坦荡的天空，和陆地上移动网络无法抵达的偏远地区，提供毗连效劳。
可是在卫星通讯市场上，营业仍然拥挤并梗塞在14.0-14.5GHz频段，转发器出租率高达100%，泛起一兆（1MHz）难求的征象。而卫星公司在14.0-14.5GHz的资源有限，要空出频率给客户使用，势必增添运营本钱，从而增添了卫星转发器的价钱，最终对卫星通讯的用户倒运。
与14.0-14.5GHz火爆的情形相反的是13.75-14.0GHz频段使用者寥寥可数，造成了卫星转发器资源的铺张。首先是市场上13.75-14.0GHz频段的卫星转发器原来就较量少，卫星公司将大大都资源投放在了14.0-14.5GHz；其次，卫星通讯用户对这个频段不熟，在设计的时间往往不思量13.75-14.0GHz频段。二者因素相互影响，用户使用率低反过来促使卫星公司在设计新卫星时间又避开了13.75-14.0GHz频段，从而愈发加剧了Ku频段使用不平衡的情形。
13.75-14.0GHz频段的加入方
关于使用13.75-14.0GHz频段，卫星通讯工业的几个加入方的取态如下：
卫星地面站
卫星地面站是卫星通讯的用户，他们的偏好相当水平上左右了卫星转发器的市场。而BUC（上变频功放）是卫星地面站的主要部件，按事情带宽巨细分为两类。带宽为500MHz的BUC，接纳13050MHz的本振，对应L频段为950-1450MHz，对应射频规模14.0-14.5GHz；而带宽为750MHz 的BUC，接纳的是12800MHZ本振，对应L频段为950-1700MHz，对应射频规模13.75-14.5GHz。两种BUC在本钱上险些一样。
现在海内的卫星牢靠站绝大部分不支持13.75-14.0GHz频段。由于陆地牢靠站都是一些古板卫星通讯的用户，而历史上相当长一段时间13.75-14.0GHz的使用限制较大（2003年前上行天线要求4.5米以上），导致这些古板的站点都接纳的是14.0-14.5GHz的系统，很少有接纳13.75-14.0GHz频段的历史。一起沿袭下来，陆地牢靠站形成了习惯，更倾向于采购14-14.5GHZ的BUC，是造成这段频率的转发器求过于供的主要缘故原由。
效劳集成商
效劳集成商为卫星通讯用户提供集成效劳，承包建设种种卫星通讯链路，履历富厚。由于卫星牢靠站大宗使用14-14.5GHz频段，造成海内该频段BUC求过于供，需要订货周期。而13.75-14.5GHz频段的BUC却都有现货。卫星集成商思量到宽带BUC的产品通用性好，库存富足，因此在新的卫星站项目上已经最先逐步使用宽带BUC。
卫星集成商是倾向于接纳适用13.75-14.5GHz宽频段的装备，关于备货，兼容性，和维护都有利益。
卫星运营商
现在在海内开展卫星通讯营业的运营商，均发射了配备有13.75-14.0GHz转发器的卫星。轨位频率资源关于卫星运营商来说至关主要，若是某个轨位的扩展Ku频段有优先级，卫星运营商倾向于尽快使用这段频率，而不会特意避开：
首先，凭证ITU的规则，不使用的频率将失去优先级，很容易被其他卫星公司抢占；其次，如前所述，牢靠卫星营业Ku频段恒久以来保存上下行带宽不平衡的问题，上行频率偏少，下行频率多，导致在卫星设计中经�；岱浩鹕闲衅德事氩豢奈侍�。特殊是多波束的Ku卫星，一定要使用13.75-14.0GHz；第三，同步轨道卫星众多，相邻卫星之间很容相互滋扰。错开频率是阻止滋扰的最佳要领，使用13.75-14.0GHz就可以避开和周围卫星之间的滋扰，若是它的14.0-14.5GHz有优先级的话。
虽然卫星运营商只管使用所有频率资源，可是他们出于现真相形思量，合理设置卫星转发器。好比出于海内市场对13.75-14.0GHz接受水平不高，卫星运营商会将笼罩中国的Ku波束设置多些14.0-14.5GHz频段转发器，而将13.75-14.0GHz主要运用在笼罩外洋的波束，或者移动波束上。这样的设置也一定水平上造成了海内14.0-14.5GHz转发器的紧缺。
结论
综上所述，鉴于Ku频段资源的稀缺性，和海内卫星通讯并未普遍使用13.75-14.0GHz的现状，我们建议：
新卫星通讯项目接纳13.75-14 GHz频段
现在许多卫星通讯用户习惯上仍然以为Ku上行频段为14-14.5GHz。而13.75-14.0GHz早已开放给了卫星使用，市场上支持这个频段的装备、卫星转发器资源也许多，本钱和14-14.5GHz一样。新的卫星通讯项目只需要将13.75-14.0GHz的使用频率包括进来，一来不会增添本钱，二来也为未来的扩展使用增添了可能性，是一石二鸟的好事。
接纳宽带BUC
包括中国在内的几个主要亚太地区国家，已经领先天下一步拿到了14.5-14.8GHz的频段做牢靠卫星上行营业。装备厂家可以响应这个政策转变，将14.5-14.8GHz的频段也包括到装备支持的频段中去。拿BUC来说，现有事情频率13.75-14.5GHz的BUC，本振频率是12800MHz。若是要设计13.75-14.8GHz的宽带BUC，可以保存12800MHz本振，对应L频段为950-2000MHz。因此，接纳12800MHz本振的BUC，对应使用950-2150MHz标准L频段基带装备，无论现在照旧未来，其通用性都更强。若是这些扩展Ku频段都能获得充分使用，势必缓解海内Ku转发器资源求过于供的现状。
接纳支持950-1700MHz及以上的调制解调器
由于历史上的沿袭，古板调制解调器仅支持950-1450MHz。近年来随着Ka频段普及，部分Ka卫星转发器带宽已经到1GHz以上，因此调制解调器也最先支持950-2150MHZ频段，市场上选择也许多。我们建议在新的卫星通讯项目内里使用越发宽带的调制解调器。
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