文章摘要
在Ka波段上运行着最高数据率的最先进的卫星通信系统。由于Ka波段频率的传输质量在很大程度上取决于天气条件，因此需要认真规划和选择合适的系统配置。
Ka波段站点分集配置依靠DWDM射频-光纤传输系统和冗余切换单元，是最合适的解决方案，并确保最大的系统可靠性和系统可用性。
本文将对Ka波段卫星通信做以介绍，并针对Ka波段站点分集进行详细的讲解。
卫星通信系统
卫星通信系统是一个灵活而快速的实施平台，可提供包括语音、数据或视频信号在内的多种服务。由于卫星通信系统不依赖于现有的通信基础设施，如电力或光缆网络，基本上可以到达世界上所有地区，而不受其偏远或具体地理位置的影响，能有效解决地面网络数据采集和传输过程中覆盖性不足、可靠性弱等痛点，且响应速度更快。
图1 卫星通信几乎可以覆盖全球
卫星通信一般使用L、S、C、X、Ku和Ka频段，为减小损耗,普遍卫星使用的频率在0.3-10GHz或30GHz附近频段。今天，卫星通信系统在全球范围内以点对点和多点的拓扑结构部署，用于广播、数据、多媒体服务和蜂窝回传。
Ka波段传输
传统的卫星通信以C波段和Ku波段传输频率为基础。如今，轨道位置高度拥挤，额外的带宽基本上只能通过使用额外的频段来提供。
由于这个原因，Ka波段卫星正受到高度关注，以满足对更高数据传输率日益增长的需求。除了提供额外的频率外，在Ka波段运行的卫星通信系统还具有其他一些好处。首先，Ka波段的可用频率范围比传统C波段和Ku波段的卫星通信大4倍。此外，Ka波段传输通常采用多个点波束，即所谓的 "频率多址 "操作，允许以相同的频率同时向多个地理区域传输不同的信号(当然除了多址技术的运用之外，复用技术也很常见)。最后，Ka波段的高传输频率允许高度集中的点波束和更小的天线，从而在高数据速率下提供经济高效的解决方案。因此，最先进的 "高通量卫星"(HTS)在Ka波段运行，每颗卫星的数据容量超过100GBit/s。
图2 高通量卫星(HTS)逐渐成为未来发展的趋势
然而，在Ka波段运行的卫星通信系统具有无可争议的优势的同时，还面临着一些挑战，需要通过专业设备和深思熟虑的系统配置来适当解决。不利的天气条件严重影响了Ka波段的传输，尤其是，Ka波段卫星传输系统由于降雨造成的额外大气损失超过30 dB。在如此高的大气损耗的情况下，诸如自适应波形技术或自适应功率控制技术之类的常规衰落余量方法不足以进行补偿。对于可靠和高度可用的系统，只有站点分集配置才能提供充分的解决方案。
图3 Ka波段站点分集示意图
Ka波段站点分集
图3为Ka波段站点分集配置示意图。通信系统由两个天线站点建立，一个是主天线站点，一个是分集天线站点，即备用站点。在恶劣天气条件下，数据流量会切换到分集天线站点。一般情况下，主天线站和分集天线站之间的距离在30~100公里范围内，射频L波段信号通过光纤传输。
图4是Ka波段站点分集配置的详细示意图。数据中心与主天线站点或备份天线站点之间分别采用双向光链路传输信号。为了在主天线站点和分集天线站点之间转发L波段信号，采用快速射频切换单元进行切换操作。由于Ka波段传输系统主要采用时分复用(TDM)信号，因此需要补偿主天线站与分集天线站之间产生的时间延迟。
图4 双向Ka-Band站点分集配置详图
为了均衡这个时间延迟，在与主天线站点的光链路中，采用了以10 ns为单位的可调时间延迟的光延迟线。为了桥接数据中心和分集天线站点之间相当长的光学距离，采用了光密集波分复用(DWDM)传输系统，这种DWDM系统能够在一根光纤上传输多达49个RF信号，从而实现最高数据速率的传输。
图5 双向Ka波段站点分集配置详图，包括设备冗余
为了进一步提高系统的可靠性和可用性，可以另外应用设备冗余。图5为1+1冗余配置下数据中心与分集天线站点之间的双向光链路示意图。以1+1冗余为例，射频信号由一个主模块和一个冗余发射模块进行转换和发射，由一个主模块和一个冗余接收模块进行接收和转换。在主发射模块或主接收模块发生故障或丢失的情况下，接收端冗余开关切换到备用设备上，确保信号传输的质量和正常运行时间达到最高。
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