+ 方志英

Ka頻段
——為現(xiàn)代軍事任務(wù)提供最佳支持

+ 方志英

一、概述

長(zhǎng)期以來(lái)，針對(duì)全球性沖突以及人道主義任務(wù)，美軍通常依賴衛(wèi)星通信做出有效響應(yīng)，這些軍事任務(wù)主要通過(guò)第三代國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)（DSCS Ⅲ）、特高頻衛(wèi)星通信計(jì)劃以及部分商用衛(wèi)星通信（COMSATCOM）系統(tǒng)為補(bǔ)充的衛(wèi)星通信能力體系來(lái)支持。

但9·11事件改變了這一切，并開啟了非對(duì)稱新紀(jì)元。全球性沖突令數(shù)據(jù)需求量大增，隨之也對(duì)容量、連接性、可靠性、互操作性以及靈活性提出了更高要求。為此，美軍從2007年開始，用寬帶全球衛(wèi)星通信（WGS）系統(tǒng)逐步取代第三代國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)，每顆寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)都能提供10倍于國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)的容量。美國(guó)防部通過(guò)寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)構(gòu)建了一種全球性系統(tǒng)，用于為軍方、白宮、美國(guó)防部、國(guó)際伙伴以及特殊用戶提供更加密集的數(shù)據(jù)速率通信以及遠(yuǎn)程通信支持。

而所有寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)都能在X頻段和Ka頻段建立服務(wù)。因此，軍方用戶也首次擁有了星上跨頻段服務(wù)的能力。美國(guó)空軍空間司令部針對(duì)寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)布的官方說(shuō)明稱：“這些特性使美軍和國(guó)際盟友的通信容量、連接性以及靈活性都發(fā)生了巨大的飛躍，同時(shí)還能與當(dāng)前及未來(lái)的X和Ka頻段終端實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。僅一顆寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)所能提供的衛(wèi)星通信容量就超過(guò)了傳統(tǒng)的國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)整個(gè)星座所能提供的通信容量。”

在X頻段交付關(guān)鍵性戰(zhàn)術(shù)通信能力的同時(shí)，Ka頻段顯示出了更強(qiáng)的能力，可以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率和頻譜，以支持寬帶任務(wù)的靈活性。目前，Ka頻段寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)已成為政府用戶戰(zhàn)略規(guī)劃的首選系統(tǒng)。那么，能為現(xiàn)代軍事任務(wù)提供最佳支持的Ka頻段到底具有哪些特性呢？它主要應(yīng)用在那些方面呢？下面就做一簡(jiǎn)單描述。

二、Ka頻段特性

1.可靠性

目前只有Ka頻段可提供無(wú)縫且無(wú)處不在的覆蓋能力供軍方使用，其他頻段都無(wú)法做到這一點(diǎn)。使用非Ka頻段系統(tǒng)的用戶在部署過(guò)程中經(jīng)常會(huì)碰到動(dòng)力中斷情況，從而導(dǎo)致在波束中部與外緣之間出現(xiàn)無(wú)法預(yù)見的不穩(wěn)定的服務(wù)質(zhì)量，因此，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃圆?。與之相反的是，Ka頻段卻由多個(gè)“節(jié)點(diǎn)”波束組成，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫“交織”，從而能在衛(wèi)星的整個(gè)視野內(nèi)實(shí)現(xiàn)理想的持續(xù)的覆蓋。

2.彈性

軌道測(cè)試已證明，Ka頻段系統(tǒng)可以高速發(fā)送數(shù)據(jù)，而且不會(huì)發(fā)生降級(jí)，即使是在惡劣的天氣條件下以及只有8×8英寸的小型終端上工作也是如此。測(cè)試演示了Ka頻段高速數(shù)據(jù)和視頻在不利環(huán)境和天氣條件下，使用抗干擾防護(hù)進(jìn)行的安全傳輸，這種做法可以使信號(hào)免受敵方及網(wǎng)絡(luò)“黑客”的干擾。

3.尺寸

Ka頻段天線尺寸僅相當(dāng)于其他頻段天線的四分之一。這種特性對(duì)于機(jī)載平臺(tái)而言至關(guān)重要，因?yàn)樘炀€越小越適用于更加小型化的機(jī)身，同時(shí)也更易于實(shí)現(xiàn)空氣動(dòng)力的融合，這樣不僅可以提高燃油效率，還可以擴(kuò)大使用范圍。此外，小型天線也有益于地面遠(yuǎn)征部隊(duì)，輕便易用的終端可用來(lái)支持移動(dòng)中通信和駐停通信。由于軍方越來(lái)越重視尺寸、重量和功率特性，因此，Ka頻段天線的小型化優(yōu)勢(shì)不可小視。

4.靈活性

美國(guó)政府也已經(jīng)逐漸認(rèn)識(shí)到國(guó)際海事衛(wèi)星為何要將“衛(wèi)星通信即服務(wù)”作為衛(wèi)星采辦標(biāo)準(zhǔn)制定依據(jù)的原因。這種魯棒的全球性方案在端到端管理的服務(wù)體系架構(gòu)內(nèi)綜合了多種復(fù)雜的解決方案，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的Ka頻段覆蓋能力。將衛(wèi)星通信作為一種服務(wù)，使部隊(duì)可以使用實(shí)時(shí)可用的轉(zhuǎn)發(fā)器、設(shè)備終端、回傳能力以及容量。由于Ka頻段具備全球一致性，其帶寬著眼衛(wèi)星通信即服務(wù)，具備可移植性，因此可供身處任意地點(diǎn)的用戶使用。以往的經(jīng)歷是需要租用各種轉(zhuǎn)發(fā)器，而使用Ka頻段則無(wú)需針對(duì)即將實(shí)施的任務(wù)進(jìn)行帶寬估算和預(yù)訂。以前由于逐個(gè)處理需要時(shí)間成本及費(fèi)用，因此經(jīng)常會(huì)延誤任務(wù)時(shí)效。使用Ka頻段，指揮官們不再需要預(yù)估他們所需的帶寬量，因而降低了成本和風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也可提高任務(wù)的時(shí)效性。

三、Ka頻段的主要應(yīng)用

寬帶全球衛(wèi)星系統(tǒng)的Ka頻段以其卓越的特性已成為一種完全可用的、可靠的、靈活的、可負(fù)擔(dān)的衛(wèi)星通信解決方案，在政府的投資下已確立了其穩(wěn)定的功能地位，成為軍方和業(yè)界供應(yīng)商目前最為關(guān)注的使用頻段。

1.應(yīng)用于政府用戶

據(jù)美國(guó)政府問(wèn)責(zé)辦公室稱，政府用戶正在加大力度通過(guò)商業(yè)供應(yīng)商和運(yùn)營(yíng)商尋求Ka頻段能力。一直以來(lái)，政府用戶依賴商業(yè)Ku頻段供應(yīng)商來(lái)滿足其寬帶需求。但Ku頻段是一種固定的用于商業(yè)的衛(wèi)星服務(wù)，其設(shè)計(jì)初衷主要是用于電視網(wǎng)絡(luò)廣播，是適用于固定地點(diǎn)大型碟型天線的一種理想化的典型設(shè)計(jì)。盡管Ku頻段可為軍用廣播提供足夠支持，但卻不足以為當(dāng)前及今后的軍事行動(dòng)中廣泛使用的移動(dòng)通信提供所需的能力支持。

2. 應(yīng)用于Ku頻段不能覆蓋之處

Ku頻段目前已是一種飽和頻譜，致使其成為了一種高價(jià)資源，其擁擠的軌道和頻隙已達(dá)到滿負(fù)荷，承載著陸基商業(yè)用戶之間巨大的廣播訪問(wèn)需求。盡管即將推出新一代Ku頻段衛(wèi)星，但需等到2018年左右才能投入運(yùn)行。而且，未來(lái)的Ku頻段系統(tǒng)以及一些替代產(chǎn)品或者增補(bǔ)能力也只能用于區(qū)域覆蓋。相比之下，單一衛(wèi)星服務(wù)供應(yīng)商將能通過(guò)指定用于Ka頻段的，相對(duì)而言數(shù)量更多的可用軌道空間來(lái)實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，這是Ku頻段無(wú)法做到的。

3. 商用與軍用Ka頻段互用

Ka頻段還有另外一個(gè)附加優(yōu)勢(shì)是，商用與軍用Ka頻段的頻率屬鄰近頻率，而目前在研究的高級(jí)混合終端可以覆蓋更加廣泛的Ka頻段。當(dāng)軍用衛(wèi)星通信的Ka頻段服務(wù)不可用時(shí)，用戶只需對(duì)現(xiàn)有軍用終端稍加調(diào)整，便可通過(guò)那些可用終端來(lái)訪問(wèn)商用Ka頻段。這不僅可以簡(jiǎn)化并節(jié)省裝備的使用成本，同時(shí)還能使軍方用戶通過(guò)相同的硬件在政府系統(tǒng)和私企基礎(chǔ)設(shè)施之間進(jìn)行平穩(wěn)轉(zhuǎn)換，為其任務(wù)選擇最佳方案。

此外，許多Ka頻段的新系統(tǒng)均使用了較小型可調(diào)節(jié)波束來(lái)實(shí)現(xiàn)高密度容量，可在提高平臺(tái)抗干擾能力的同時(shí)，為諸如軍方情報(bào)、監(jiān)視與偵察（ISR）項(xiàng)目以及其他一些對(duì)數(shù)據(jù)需求量大的應(yīng)用提供可觀的上行鏈路數(shù)據(jù)速率支持。

四、結(jié)語(yǔ)

目前，美國(guó)軍方正在考慮能保證完成任務(wù)的關(guān)鍵性能。具體而言，軍方接下來(lái)的工作將是對(duì)先前工作實(shí)施具體整改，同時(shí)推出激勵(lì)性方案，從而將Ka頻段作為移動(dòng)和全球衛(wèi)星通信的首選頻率，增強(qiáng)當(dāng)前的軍事衛(wèi)星通信服務(wù)，使可靠性、容量、靈活性以及能力均能達(dá)到最佳狀態(tài)。