作者：潘力、甘海力

摘要：國內衛星Ku轉發器市場出現分化，一方面標準Ku轉發器（14/12GHz頻段）供不應求，出租率高達100%；另一方面擴展Ku頻段（13/11GHz頻段）的轉發器空置率高，市場認知程度低，用戶寥寥。衛星轉發器資源本來就稀缺，加上使用上不均衡，造成了衛星頻譜資源的浪費。本文分析了Ku頻段的歷史沿襲和使用現狀，進而提出了改善的建議。

在我們這個高度互聯的世界裡，衛星憑藉其廣袤覆蓋的優點得到了廣泛的應用，不僅被廣泛用於視頻分發和現場直播，而且還被用於許多的資料服務，如互聯網寬頻連線、VSAT服務、移動回程、海事和機載上網等服務。近年來隨著互聯互通應用的增長，以及高通量衛星技術的應用，市場對於衛星轉發器的需求強勁。預計2029年全球衛星轉發器使用量將接近9 Tbps，相當於2016年的10倍（圖一）。

图一

不斷增長的使用量對衛星頻率資源提出了巨大的挑戰，隨之而來的是衛星業界需要採用更高的資料壓縮和頻率複用技術，目的是壓榨出頻率表裡面每赫茲的最後一個比特。但是現實是，不管怎麼增加效率，基於ITU（國際電信聯盟）分配給衛星使用的頻譜資源都是有限的。

我們通常說的衛星頻段，指的是固定衛星業務的非規劃頻段，大致可以理解為ITU劃分給非L頻段的、商用衛星通信業務的頻率。經過幾代衛星的發展，現在主要使用的頻段是C、Ku和Ka頻段（圖二）。

图二

4-8GHz頻段稱為C頻段。商用通信衛星從1960年代就已經開始利用C頻段提供國際電話和電視轉播等越洋通信業務。C頻段電磁波的傳播條件比較穩定，幾乎不受降雨衰耗影響，適合無線電信號傳播。但是，隨著地面移動通信業務量的增長，特別是進入5G時代之後，5G信號也開始使用C頻段，對衛星信號造成了干擾（圖三）。在監管部門和ITU的協調下，原用於衛星通信的擴展C頻段（3.4-3.6 GHz）重新規劃給了地面5G使用，衛星撤出使用這個頻段。

图三

Ka頻段的衛星通信使用27.5-31/17.7-21.2GHz頻段，簡稱為30/20GHz頻段。Ka頻段多見於高通量衛星（HTS）應用， 使用多色頻率複用的密集點波束，其EIRP可達60dBW或更高。Ka頻段的波長接近於雨滴直徑，降雨衰耗比Ku頻段更加嚴重（圖四）。

12-18GHz頻段稱為Ku頻段，與C頻段相比，Ku頻段的天線增益較高，可使用較小口徑的地面天線；配套的射頻設備相對C頻段的體積小很多，成本低。與Ka頻段相比，Ku頻段的波長相對較長，降雨衰耗影響較小；而且相對於Ka，Ku頻段已經廣泛使用數十年，設備繼承性好，地面系統的改造成本低。

Ku頻段對於衛星通信的重要性毋庸置疑，衛星公司都在加大Ku頻段轉發器的投入，Ku頻段轉發器在所有轉發器中的占比最大，並且還在逐年提高。研究表明，在全球寬波束衛星轉發器中，2017年Ku頻段轉發器占比就達到了63%，而且在逐年提高。 2027年Ku頻段轉發器占比將提升到68%，兩倍於C和Ka轉發器個數之總和。

在亞太地區，最早的通信衛星使用的Ku頻段是14.0-14.5/12.25-12.75GHz，簡稱14/12GHz頻段。隨著業務量的增加，衛星行業不斷努力去爭取更多的頻率資源（圖五）：

●  1983年，第一代通信衛星開始使用Ku頻段開始廣播電視服務。當時Ku頻段局限在0-14.5GHz/12.25-12.75GHz頻段（亞太區），只有500MHz的頻寬；

●  因為500MHz頻寬不足以滿足業務拓展的要求，在衛星行業的努力協調下，經過兩次ITU WRC大會（WRC-1992和WRC-1995），確認了75-14.0 GHz頻段可以作為衛星上行頻段使用。但是需要衛星上行鏈路的地面站天線不小於4.5米，保護無線電定位和NASA太空梭空間探索業務；

●  5米天線口徑的限制太大，仍然不利於業務的開展。NASA太空梭也已退役多年。衛星行業進一步在WRC-2003大會上爭取到將此限制寬限到1.2米（適用于亞太區）；

●  Ku頻段的上行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。上行頻段比下行頻段少了300MHz。經過一輪協調，最終在WRC-2015年大會上，中國、日本、澳大利亞等數個亞太地區國家爭取到在14.5-14.8 GHz 可以用作固定衛星業務。

图五

至此，中國的無線電頻率分配表上，Ku頻段上下行頻段均為1050MHz，為更加均衡的設計通信衛星，開展國內和國際的衛星通信業務打下了基礎。特別是位於13.75-14GHz和14.5-14.8 GHz的擴展Ku頻段，經過幾代衛星頻譜專家爭取得到，來之不易。現如今Ku頻段已經成為衛星通信的主要頻譜，用於向最需要的地方，跨越海洋和開闊的天空，和陸地上移動網路無法到達的偏遠地區，提供連接服務。

但是在衛星通信市場上，業務仍然擁擠並堵塞在14.0-14.5 GHz頻段，轉發器出租率高達100%，出現一兆（1MHz）難求的現象。而衛星公司在14.0-14.5 GHz的資源有限，要空出頻率給客戶使用，勢必增加運營成本，從而增加了衛星轉發器的價格，最終對衛星通信的用戶不利。

與14.0-14.5 GHz火爆的情況相反的是13.75-14.0 GHz頻段使用者寥寥可數，造成了衛星轉發器資源的浪費。首先是市場上13.75-14.0 GHz頻段的衛星轉發器本來就比較少，衛星公司將大多數資源投放在了14.0-14.5 GHz；其次，衛星通信用戶對這個頻段不熟，在設計的時候往往不考慮13.75-14.0 GHz頻段。二者因素相互影響，用戶使用率低反過來促使衛星公司在設計新衛星時候又避開了13.75-14.0 GHz頻段，從而愈發加劇了Ku頻段使用不均衡的情況。

對於使用13.75-14.0 GHz頻段，衛星通信產業的幾個參與方的取態如下：

◆  衛星地面站

衛星地面站是衛星通信的用戶，他們的偏好相當程度上左右了衛星轉發器的市場。而BUC（上變頻功放，見圖六）是衛星地面站的重要部件，按工作頻寬大小分為兩類。頻寬為500 MHz的BUC，採用13050 MHz的本振，對應L頻段為950-1450MHz，對應射頻範圍14.0-14.5 GHz；而頻寬為750 MHz 的BUC，採用的是12800MHZ本振，對應L頻段為950-1700 MHz，對應射頻範圍13.75-14.5 GHz。兩種BUC在成本上幾乎一樣。

圖六 （一個用了10年的窄帶BUC）

目前國內的衛星固定站絕大部分不支持13.75-14.0GHz頻段。因為陸地固定站都是一些傳統衛星通信的用戶，而歷史上相當長一段時間13.75-14.0 GHz的使用限制較大（2003年前上行天線要求4.5米以上），導致這些傳統的網站都採用的是14.0-14.5 GHz的系統，很少有採用13.75-14.0 GHz頻段的歷史。一路沿襲下來，陸地固定站形成了習慣，更傾向於採購14-14.5GHZ的BUC，是造成這段頻率的轉發器供不應求的主要原因。

◆  服務集成商

服務集成商為衛星通信使用者提供集成服務，承包建設各類衛星通信鏈路，經驗豐富。因為衛星固定站大量使用14-14.5GHz頻段，造成國內該頻段BUC供不應求，需要訂貨週期。而13.75-14.5GHz頻段的BUC卻都有現貨。衛星集成商考慮到寬頻BUC的產品通用性好，庫存充足，因此在新的衛星站專案上已經開始逐步使用寬頻BUC。

衛星集成商是傾向於採用適用13.75-14.5GHz寬頻段的設備，對於備貨，相容性，和維護都有好處。

◆  衛星運營商

目前在國內開展衛星通信業務的運營商，均發射了配備有13.75-14.0 GHz轉發器的衛星。軌位元頻率資源對於衛星運營商來說至關重要，如果某個軌位的擴展Ku頻段有優先順序，衛星運營商傾向於儘快使用這段頻率，而不會特意避開：

首先，按照ITU的規則，不使用的頻率將失去優先順序，很容易被其他衛星公司搶佔；其次，如前所述，固定衛星業務Ku頻段長期以來存在上下行頻寬不均衡的問題，上行頻率偏少，下行頻率多，導致在衛星設計中經常會出現上行頻率碼不開的問題。特別是多波束的Ku衛星，必然要使用13.75-14.0 GHz；第三，同步軌道衛星眾多，相鄰衛星之間很容互相干擾。錯開頻率是避免干擾的最佳方法，使用13.75-14.0 GHz就可以避開和附近衛星之間的干擾，如果它的14.0-14.5 GHz有優先順序的話。

雖然衛星運營商儘量利用所有頻率資源，但是他們出於現實情況考慮，合理配置衛星轉發器。比如出於國內市場對13.75-14.0 GHz接受程度不高，衛星運營商會將覆蓋中國的Ku波束配置多些14.0-14.5 GHz頻段轉發器，而將13.75-14.0 GHz主要運用在覆蓋國外的波束，或者移動波束上（圖七）。

圖七 （亞太衛星的Ku波束示意圖集錦）

綜上所述，鑒於Ku頻段資源的稀缺性，和國內衛星通信並未普遍使用13.75-14.0GHz的現狀，我們建議：

①  新衛星通信項目採用75-14 GHz頻段

目前很多衛星通信用戶習慣上仍然認為Ku上行頻段為14-14.5GHz。而13.75-14.0 GHz早已開放給了衛星使用，市場上支援這個頻段的設備、衛星轉發器資源也很多，成本和14-14.5 GHz一樣。新的衛星通信專案只需要將13.75-14.0 GHz的使用頻率包括進來，一來不會增加成本，二來也為將來的擴展使用增加了可能性，是一舉兩得的好事。

②  採用寬頻BUC

包括中國在內的幾個主要亞太地區國家，已經領先世界一步拿到了14.5-14.8 GHz的頻段做固定衛星上行業務。設備廠家可以回應這個政策變化，將14.5-14.8 GHz的頻段也包含到設備支援的頻段中去。拿BUC來說，現有工作頻率13.75-14.5 GHz的BUC，本振頻率是12800 MHz。如果要設計13.75-14.8GHz的寬頻BUC，可以保留12800MHz本振，對應L頻段為950-2000MHz。因此，採用12800MHz本振的BUC，對應使用950-2150MHz標準L頻段基帶設備，無論現在還是將來，其通用性都更強。如果這些擴展Ku頻段都能得到充分使用，勢必緩解國內Ku轉發器資源供不應求的現狀。

③  採用支援950-1700MHz及以上的數據機

由於歷史上的沿襲，傳統數據機僅支持950-1450MHz。近年來隨著Ka頻段普及，部分Ka衛星轉發器頻寬已經到1GHz以上，因此數據機也開始支持950-2150MHZ頻段，市場上選擇也很多。我們建議在新的衛星通信項目裡面使用更加寬頻的數據機。