+ 方志英

Ka頻段
——為現(xiàn)代軍事任務提供最佳支持

+ 方志英

一、概述

長期以來，針對全球性沖突以及人道主義任務，美軍通常依賴衛(wèi)星通信做出有效響應，這些軍事任務主要通過第三代國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)（DSCS Ⅲ）、特高頻衛(wèi)星通信計劃以及部分商用衛(wèi)星通信（COMSATCOM）系統(tǒng)為補充的衛(wèi)星通信能力體系來支持。

但9·11事件改變了這一切，并開啟了非對稱新紀元。全球性沖突令數(shù)據(jù)需求量大增，隨之也對容量、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倍于國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)的容量。美國防部通過寬帶全球衛(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、美國防部、國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。因此，軍方用戶也首次擁有了星上跨頻段服務的能力。美國空軍空間司令部針對寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)布的官方說明稱：“這些特性使美軍和國際盟友的通信容量、連接性以及靈活性都發(fā)生了巨大的飛躍，同時還能與當前及未來的X和Ka頻段終端實現(xiàn)無縫集成。僅一顆寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)所能提供的衛(wèi)星通信容量就超過了傳統(tǒng)的國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)整個星座所能提供的通信容量?！?/p>

在X頻段交付關(guān)鍵性戰(zhàn)術(shù)通信能力的同時，Ka頻段顯示出了更強的能力，可以實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率和頻譜，以支持寬帶任務的靈活性。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)代軍事任務提供最佳支持的Ka頻段到底具有哪些特性呢？它主要應用在那些方面呢？下面就做一簡單描述。

二、Ka頻段特性

1.可靠性

目前只有Ka頻段可提供無縫且無處不在的覆蓋能力供軍方使用，其他頻段都無法做到這一點。使用非Ka頻段系統(tǒng)的用戶在部署過程中經(jīng)常會碰到動力中斷情況，從而導致在波束中部與外緣之間出現(xiàn)無法預見的不穩(wěn)定的服務質(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“節(jié)點”波束組成，可以實現(xiàn)無縫“交織”，從而能在衛(wèi)星的整個視野內(nèi)實現(xiàn)理想的持續(xù)的覆蓋。

2.彈性

軌道測試已證明，Ka頻段系統(tǒng)可以高速發(fā)送數(shù)據(jù)，而且不會發(fā)生降級，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，使用抗干擾防護進行的安全傳輸，這種做法可以使信號免受敵方及網(wǎng)絡“黑客”的干擾。

3.尺寸

Ka頻段天線尺寸僅相當于其他頻段天線的四分之一。這種特性對于機載平臺而言至關(guān)重要，因為天線越小越適用于更加小型化的機身，同時也更易于實現(xiàn)空氣動力的融合，這樣不僅可以提高燃油效率，還可以擴大使用范圍。此外，小型天線也有益于地面遠征部隊，輕便易用的終端可用來支持移動中通信和駐停通信。由于軍方越來越重視尺寸、重量和功率特性，因此，Ka頻段天線的小型化優(yōu)勢不可小視。

4.靈活性

美國政府也已經(jīng)逐漸認識到國際海事衛(wèi)星為何要將“衛(wèi)星通信即服務”作為衛(wèi)星采辦標準制定依據(jù)的原因。這種魯棒的全球性方案在端到端管理的服務體系架構(gòu)內(nèi)綜合了多種復雜的解決方案，實現(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，使部隊可以使用實時可用的轉(zhuǎn)發(fā)器、設備終端、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，具備可移植性，因此可供身處任意地點的用戶使用。以往的經(jīng)歷是需要租用各種轉(zhuǎn)發(fā)器，而使用Ka頻段則無需針對即將實施的任務進行帶寬估算和預訂。以前由于逐個處理需要時間成本及費用，因此經(jīng)常會延誤任務時效。使用Ka頻段，指揮官們不再需要預估他們所需的帶寬量，因而降低了成本和風險，同時也可提高任務的時效性。

三、Ka頻段的主要應用

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、可負擔的衛(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)界供應商目前最為關(guān)注的使用頻段。

1.應用于政府用戶

據(jù)美國政府問責辦公室稱，政府用戶正在加大力度通過商業(yè)供應商和運營商尋求Ka頻段能力。一直以來，政府用戶依賴商業(yè)Ku頻段供應商來滿足其寬帶需求。但Ku頻段是一種固定的用于商業(yè)的衛(wèi)星服務，其設計初衷主要是用于電視網(wǎng)絡廣播，是適用于固定地點大型碟型天線的一種理想化的典型設計。盡管Ku頻段可為軍用廣播提供足夠支持，但卻不足以為當前及今后的軍事行動中廣泛使用的移動通信提供所需的能力支持。

2. 應用于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資源，其擁擠的軌道和頻隙已達到滿負荷，承載著陸基商業(yè)用戶之間巨大的廣播訪問需求。盡管即將推出新一代Ku頻段衛(wèi)星，但需等到2018年左右才能投入運行。而且，未來的Ku頻段系統(tǒng)以及一些替代產(chǎn)品或者增補能力也只能用于區(qū)域覆蓋。相比之下，單一衛(wèi)星服務供應商將能通過指定用于Ka頻段的，相對而言數(shù)量更多的可用軌道空間來實現(xiàn)全球覆蓋，這是Ku頻段無法做到的。

3. 商用與軍用Ka頻段互用

Ka頻段還有另外一個附加優(yōu)勢是，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混合終端可以覆蓋更加廣泛的Ka頻段。當軍用衛(wèi)星通信的Ka頻段服務不可用時，用戶只需對現(xiàn)有軍用終端稍加調(diào)整，便可通過那些可用終端來訪問商用Ka頻段。這不僅可以簡化并節(jié)省裝備的使用成本，同時還能使軍方用戶通過相同的硬件在政府系統(tǒng)和私企基礎設施之間進行平穩(wěn)轉(zhuǎn)換，為其任務選擇最佳方案。

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

四、結(jié)語

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