卫星通信系统的射频工作频率

由于卫星通信系统（Satellite Communication System）是一种地空间的无线电通信系统（空间无线电通信），其射频信号传输距离甚远（可达数千乃至上万公里），因此，其射频（RF，Radio Frequency）工作频率的选用，应综合考虑其传播途径的适应性及其业务应用的适应性等。

一、引述

1、卫星通信工作频率选择因素

卫星通信中工作频段的选择是一个十分重要的问题，它直接影响到整个卫星通信系统的通信容量、质量、可靠性、设备的复杂程度和成本的高低，并且还将影响到与其它无线通信业务系统的协调。一般来说，卫星通信工作频段的选择，必须根据需要与可能相结合的原则，着重考虑如下表1-1所示的因素。

表1-1：卫星通信频率选择因素

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下图1-1显示了空间噪声温度与传输频率之间的关系。从图中可见，空中存在着各种噪声，对空中无线电波信号具有衰落和吸收的作用，因此我们必须选用空间噪声影响最小的频段进行卫星通信。对图1-1的分析可知，2~10GHz频段为空间各类噪声对微波信号影响最小的频段，我们就是把这一频段称为“微波窗”。卫星通信选用的就是“微波窗”中的频段。

图1-1：空间噪声温度与频率之间的关系

2、关于微波频段

鉴于上述因素及卫星通信信号的传播特性，国际电联（ITU-R）根据人们长期的深入研究，将卫星通信的射频工作频段范围选定在微波波段。而在具体确定使用频率的上下限时，则要综合考虑与频率有关的天线增益、各种传输损耗及各种噪声影响，以及与其它无线通信业务之间的干扰问题。而相对于微波频段，依据国际电联的无线电频谱的划分，微波频段包含有着极宽的频谱范围，即频率从0.3~3000GHz、波长从10分米（dm）~100微米（μm）。因此， ITU-R在1971 年世界无线电行政会议（WARC）将宇宙通信（空间无线电通信）的频段由原来（1963年）确定的微波频段扩展到了 275 GHz。1979 年 WARC又将其频率分配扩展到 400 GHz 频段。其中 275~400 GHz 频段可供各主管部门试验和发展空间各种有源及无源业务使用。

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二、ITU-R关于卫星通信工作频率的划分

1、《无线电规则》的要求

事实上，ITU-R关于卫星通信系统工作频率的划分是非常详尽、非常广泛的，目前其频率范围从0.1GHz到275GHz。这些频段的划分涉及的内容包括：一是基于不同的卫星通信业务。常用的卫星通信业务有固定卫星业务（FSS）、移动卫星业务（MSS）、广播卫星业务（BSS）以及星际（卫星间）业务（ISS）等；另外，还有气象卫星业务、导航卫星业务、地球探测卫星业务等等。二是基于不同的卫星轨道。常见的卫星处于的轨道有：同步静止轨道（GEO）、高椭圆轨道（HEO）、中轨道（MEO）和低轨道（LEO）等。三是基于卫星射频信号传输窗口。不同的轨道、不同的业务应用有不同的微波射频信号的传输窗口。四是基于减少无线电业务间的干扰协调。由于请卫星通信是超国界的，射频信号间发生相互干扰则所难免。为此，如ITU将世界划分为第Ⅰ区、第Ⅱ区和第Ⅲ区共3个无线电管理区域；不同的区域其卫星通信工作频率可能有所不同。

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基于上述内容的卫星通信工作频率的划分是体现在ITU的《无线电规则》中。它是依据ITU每届世界无线电大会（WRC）所形成的相关决议，包括卫星通信工作频率的划分及规定要求而形成的最终文件，其中第五条是《频率划分》。在其频率划分表中对卫星通信相关工作频段有详细的划分与分配及相应的要求（脚注）。

欲详细了解ITU-R《无线电规则》的中关于卫星通信相关工作频率划分的请进入。

然而，在《无线电规则》的频率划分表中划分给卫星通信系统的工作频段是非常多，且分散在整个频率划分表中，不便于了解。为此，下附件专门对ITU-R对卫星通信系统的工作频率的划分和分配情况进行了了汇总，使其了解非常直观，包括不同卫星通信业务、不同频率管理区的划分分配等等。

附件：ITU 对卫星通信工作频率划分的汇总

2、通信卫星系统的常用工作频率

鉴于上述ITU关于卫星通信系统的工作频率，事实上，相对于通信卫星系统（Satellite System of Telecom）来讲，被划分使用的工作频率的范围，常用的并不是很多。所谓通信卫星系统主要是指通过静止卫星轨道（GSO，Geostationary Satellite Orbit）人造地球卫星，向地球站、地球终端提供话音、电报、数据、图像业务服务的卫星通信系统；即通常是指固定卫星业务（FSS）、移动卫星业务（MSS）和广播卫星业务（BSS）的通信卫星系统。该系统的工作频率通常是指地球站（包括终端站）与人造地球卫星之间信号传输所使用的射频（RF）工作频率，包括其上行（地球站到卫星）频率和下行（卫星到地球站）频率。

因此，目前通信卫星系统的常用工作频率包括有C（6/4GHz）频段、Ku（14/12GHz）频段和Ka（30/20GHz）频段，这些频段的频率范围可在ITU-R频率划分表中查询到。注意，这里的C、Ku和 Ka以及S、L和X等的频段代号，是人们对微波波段内的频段习惯上的划分称呼，并未被ITU《无线电规则》所接受。

欲详细了解微波波段内的频段代号及对应频段的请进入。

C频段是通信卫星系统最早使用的工作频段，它是利用微波频段的最低端的传输窗口（见图1-1）。但该频段存在与地面微波接力传输系统的频率兼容问题及信道容量较小的问题。为了克服C频段的不足和其资源紧张（频率和轨道）的现实，人们开发了Ku频段和Ka频段（Ka频段更是后期开发的）。但随着射频频率的提高，又带来了雨衰及设备制造难度等因素之影响。下表2-2描述了C频段与Ku频段优缺点的简单比较。下述将详细介绍通信卫星系统常用的C频段、Ku频段和Ka频段的具体工作频率范围。

表2-2：C频段与Ku频段优缺点的比较

三、我国标准的规定要求

1、固定卫星业务（FSS）

在我国国家标准GB/T 12364《国内卫星通信系统进网技术要求》中对我国卫星通信系统工作频率的选用进行了规定。该标准虽然是针对静止卫星轨道（GSO）卫星系统的固定卫星业务（FSS），但许多频率是与MSS和BSS共用的。该标准依据ITU的《无线电规则》要求，规定使用的频段为C、Ku和 Ka三个频段。具体情况是：

C频段（6/4GHz）：对于C频段，其上行（地球站发，卫星收）频率范围为5850MHz~7025MHz（简称6GHz频段）；其下行（地球站收，卫星发）频率范围为3400MHz~4800MHz（简称4GHz频段）。具体可使用的和可开发的频率频段详见下表3-1-1。

表3-1-1：C频段（6/4GHz）卫星通信系统的工作频率

Ku频段（14/12GHz）：对于Ku频段，其上行（地球站发，卫星收）频率范围为12.75GHz~14.50GHz（简称14GHz频段）；其下行（地球站收，卫星发）频率范围为10.70GHz~12.75GHz（简称12GHz频段）。具体可使用的和可开发的频率频段详见下表3-1-2。

表3-1-2：Ku频段（14/12GHz）卫星通信系统的工作频率

Ka频段（30/20GHz）：对于Ka频段，其上行（地球站发，卫星收）频率范围为27.0GHz~31.0GHz（简称30GHz频段）；其下行（地球站收，卫星发）频率范围为17.3GHz~21.2GHz（简称20GHz频段）。其中，与其它业务共频使用的情况详见下表3-1-3。

表3-1-3：Ka频段（30/20GHz）卫星通信系统的工作频率及与其它业务共频使用的情况

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2、移动卫星业务（MSS）

依据我国相关国家标准，对于海上用移动卫星业务（MSS）的工作频率是工作在L频段（1.6/1.5），具体汇总于下表3-2中，包括具体频率范围和源自于的国家标准名称。

表3-2：我国相关移动卫星业务（MSS）的工作频率

3、广播卫星业务（BSS）

依据我国相关国家标准，目前对于广播卫星业务（BSS）的工作频率，可工作在C频段和Ku频段，具体汇总于下表3-3中，包括具体频率范围和源自于的国家标准名称。

表3-3：我国相关广播卫星业务（BSS）的工作频率

四、关于卫星通信工作频率的申请使用

卫星通信属于空间无线电通信，已超出了一个主权国家的无线电管理能力。因此，对于卫星通信工作频率资源的使用申请是要向国际电联（ITU-R）进行申请申报。在ITU《无线电规则》中对此申报程序与规则有严格的要求，往往是与卫星轨道资源的申请同步进行的。

欲详细了解ITU关于卫星通信工作频率与轨道资源申请规定介绍的请进入。

另外，为了提高卫星通信频率的利用率，在卫星通信系统中常采用两种方式：一是波束分割频率再用。它利用卫星上不同波束的天线，实现频率再用，现主要采用的分别有半球波束、区域波束以及点波束来实现同一频率同时服务于不同的区域。二是极化分割频率再用。它利用两个相互正交的极化波在同一频率、同一时间传送两组相互独立的信号，相互之间没有干扰。不同覆盖区域内的两个正交极化波的利用，可实现双重频率再用。

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