近日，中国首颗通信技术试验卫星搭载长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心成功上天。在看惯了神舟系列载人飞船以及嫦娥系列登月飞船的激情时刻后，一颗通信卫星的发射似乎不足为奇，而且这还是一颗通信试验卫星。然而，这颗卫星并不能被小视，它或许将要开启中国卫星通信更快、更有效的新时代。
此次发射的卫星是中国通信技术试验系列卫星的首颗星，主要用于开展Ka频段宽带通信技术试验。相对于现在使用最为频繁的C、Ku频段来说，Ka频段的通信卫星优势明显。
1 愈趋紧张的卫星轨位资源
截至2007年，全球在太空的卫星约有800颗，其中美国在轨卫星400多颗，其他国家300多颗。在中国上空东经50°至东经180°范围内，有90多颗卫星，其中使用C频段的有61颗，使用Ku频段的有72颗
1958年12月18日，美国成功发射了世界上第一颗通信卫星“斯科尔号”。自此人类逐渐步入卫星通讯阶段。如今，卫星通信已经成为人们生活中不可或缺的部分。而且，各国也都在努力发展通信卫星技术。
据资料报道，截至2007年，全球在太空的卫星约有800颗，其中美国在轨卫星400多颗，其他国家300多颗。在中国上空东经50°至东经180°范围内，有90多颗卫星，其中使用C频段的有61颗，使用Ku频段的有72颗。
实际上，不仅中国，世界上大多数国家使用最为频繁的就是C频段以及Ku频段的卫星。这与两个卫星频段的特点有密切关系，同时，也导致这两个频段的卫星轨位十分紧张。
据中国卫通集团有限公司副总工程师沈永言介绍，卫星通信使用到的频段有很多，目前主要涵盖L、S、C、Ku、Ka等频段。
根据电气和电子工程师协会的划分，1—2GHz频段称为L频段。该频段主要用于卫星定位、卫星通信以及地面移动通信。2—4GHz频段称为S频段。该频段主要用于气象雷达、船用雷达以及卫星通信。4—8GHz频段称为C频段。该频段最早分配给雷达业务，而非卫星通信，然而商用通信卫星是从C频段起步的。12—18GHz频段称为Ku频段。Ku频段主要用于卫星通信，NASA的跟踪和数据中继卫星也用该频段与航天飞机和国际空间站作空间通信。
18—27GHz频段称为K频段，26.5—40GHz频段称为Ka频段。因为该相关频段最容易受降雨衰耗影响，且因频率过高而不容易使用，在早期被划分用于雷达业务和实验通信。
“一般来说，频段越低，电波进入雨层中引起的衰减越小，绕射能力越强，对终端天线的方向性要求也低，它较适合用于移动通信环境，但缺点是带宽较小。而频段越高，情况正好相反。”沈永言说。这也就意味着L、S频段的低频段卫星雨衰较小，但同时传输速率也较小，人们早期使用的L、S频段就处于低端，传递话音、文字等低速率信息不成问题，但很难满足当今社会多媒体视频等宽带内容的传输需求。而C频段与Ku频段则兼具雨衰较小以及宽带速率较大等优点，也因此成为各国主要使用的两个频段。
中国航天科技集团公司科技委顾问、中国工程院院士张履谦认为C和Ku频段的卫星轨位十分紧张，地球赤道上空有限的地球同步卫星轨位几乎已被各国占满。同时这两个频段内的频率也被大量使用，这迫使人们寻找、开发更高频段来满足新的通信需求。开发Ka频段成为一种选择。
2 Ka频段优势明显
开发利用新频率资源、提高频率使用效率是任何通信系统扩展带宽容量的基本方式。与C、Ku频段相比，Ka频段频率资源更加丰富，而多点波束则可以数十倍地提高频率利用效率，两者结合使得高通量卫星容量得以百倍地增加
张履谦认为，Ka频段卫星通信优势明显，具体体现在三个方面：其一，Ka频段工作范围为26.5—40GHz，远超C频段和Ku频段，可以利用的频带更宽，更能适应高清视频等应用的传输需要；其二，由于频率高，卫星天线增益可以做得较大，用户终端天线可以做得更小更轻，这有利于灵活移动和使用；其三，运用多波束技术和相控阵技术，可以让卫星上的天线灵活地改变指向，以满足对多点通信和星上交换的应用需要。
这些优点都是C频段与Ku频段所不具备的。C频段原本属于通信频段，主要用于地面通信、中继通信和微波通信。但是，目前我国和亚洲大多数国家仍使用C波段来进行卫星电视广播，因为C频段主要用于通信，卫星转发器功率相对较小，地面接收站的天线口径较大，运输安装、调试和维护的难度较大。而Ku频段的卫星转发器功率比较大，与C频段相比，可以大大减小接收天线的口径，便于运输、安装、调试和维护。但是在电磁波的空间传输特性上，C频段又优于Ku频段，因为C频段的传输受天气的影响较小，而Ku则受降水的影响较大，遇到大暴雨时甚至能导致传输中断。
沈永言等众多专家一直在致力于推动中国发展高通量卫星技术，即Ka频段的卫星技术，“开发利用新频率资源、提高频率使用效率是任何通信系统扩展带宽容量的基本方式。与C、Ku频段相比，Ka频段频率资源更加丰富，而多点波束则可以数十倍地提高频率利用效率，两者结合使得高通量卫星容量得以百倍地增加”。
卫星容量就像公路一样，一条具备C频段以及Ku频段容量的公路最多只能容纳两辆车同时前进，所能运载的货物，也就是信息数据也是有限的。但是Ka频段的卫星容量则要大很多，它可以同时在这条公路上行驶10辆或者更多的汽车，所能运载的信息数据量也远超其他频段。这也就为高速率的卫星通信奠定了硬件基础。
而且，Ka频段卫星的优势不止于此，其适应于多波束技术与相控阵技术的特点也使得它技高一筹。传统卫星采用的是区域波束覆盖，覆盖区域和容量都是既定的，形象点说，这是一种容量的“平均分布”。所有的卫星服务提供商都拥有各自的通讯站和数据分配器，并且只要是处于波束覆盖范围内的用户就有条件享受服务商提供的服务。
与传统形式不同，高通量Ka频段卫星使用多点波束来增加特定地区的容量，这个过程通常叫做“频率再用”。比如平均分布的A、B、C三区，一颗传统卫星只能覆盖A区，而无法覆盖B区与C区。只能通过其相对应的卫星来提供服务。而Ka卫星的多波束技术则可以让一颗卫星在覆盖区域上实现A、B、C三区间的切换，这就增加了其频率再用的次数。沈永言透露，通常来讲其频率重复利用次数在20次以上。
沈永言认为，多点波束和频率复用技术的运用相当于将单层大巴车改装成了多层，这使得卫星通信容量得以数十倍甚至百倍以上的增加。
此外，除了频率资源丰富之外，频段高的第二个好处是远离一般地面通信系统所在的频率范围，具有天然的高抗干扰性能。基于此，越来越多的国家把注意力和研究重心放在了Ka频段宽带卫星通信的开发运用上。统计资料显示，目前全球在轨的全Ka频段宽带通信卫星有20余颗，2016年全球Ka频段商用通信卫星将达50颗左右。
3 Ka频段卫星
有利服务民众生活
加紧Ka频段卫星研制及相关应用研究，对于跟进国际先进卫星通信技术、更好地利用航天技术服务民众生活，其意义十分重大。高清视频、移动WiFi、全时空通讯，这些都可能在Ka频段卫星的通信中轻松完成
对Ka频段宽带卫星通信的应用领域，沈永言表示面向千家万户的宽带接入服务、企业联网、移动运营商的基站中继和应急备份、机载车载船载“动中通”通信，高清视频采集和分发、区域性卫星电视直播等都可以覆盖。
就我国而言，加紧Ka频段卫星研制及相关应用研究，对于跟进国际先进卫星通信技术、更好地利用航天技术服务民众生活，其意义十分重大。高清视频、移动WiFi、全时空通讯，这些都可能在Ka频段卫星的通信中轻松完成。
中国人口众多、地域辽阔、发展不均衡，在中东部地区地面光纤网络轻松走入普通人家的时候，西部偏远山区的人们却因光纤铺设成本高、施工难度大而无缘享受宽带上网等信息服务，百姓平等接受信息服务的权利尚难保障。相比为几十户山村铺设数十公里光缆的巨额投入和运行维护成本，通过Ka频段宽带卫星一步到位实现卫星通信，其综合性价比更高。在高铁沿线搭设基站和光缆提供WiFi联网服务也一样，显然不如通过Ka频段宽带卫星来得更简单有效。
除此之外，机载、船载通讯的难题也可以通过Ka频段的高通量卫星得以解决。
那么问题来了，这么好的事情为什么不早点去实现呢？因为好事多磨，Ka频段高通量卫星的使用既有技术性因素的掣肘，也有制度性因素的困难。
Ka频段由于频率高、波长短，绕过障碍物的能力较差，受云层、降雨、雾霾等天气影响也很明显。但沈永言表示，自动功率控制、自适应编码和调制技术的进步，已使Ka频段的雨衰问题得到有效克服。
2005年，美国Wild Blue通信公司成功发射了世界上第一颗全Ka频段宽带通信卫星并开始试点应用。此后，各国的Ka频段宽带通信卫星开始向着系统容量更大、用户终端更小、业务速率更大的高通量方向发展。Ka频段的优势和广阔应用前景为更多国家所关注。
“十一五”以来，五院通信卫星事业部、中国卫通等单位参与的“宽带多媒体卫星系统关键技术研究”课题立项并获得深入研究。该课题涵盖Ka频段宽带卫星的应用模式、用户需求、系统方案、地面终端等内容。此外，“国家双向宽带多媒体教育卫星”论证对大容量宽带卫星提出了天地一体化系统解决方案，这些都为我国的Ka频段高通量通信卫星研制奠定了重要基础。
