基于静止卫星动中通的用频规则研究

+　田伟　程粉红　顾娜

基于静止卫星动中通的用频规则研究

+田伟程粉红顾娜

本文以目前国际国内空间业务热点问题之一宽带动中通的应用需求和应用趋势为背景，结合国际电联相关议题的研究进展，介绍了国际电联和我国主管部门为规范动中通应用所制定的相关法规标准的现状和存在的问题，并介绍了国际电联在Ka频段动中通规则基础制定方面的现状和未来研究方向，为我国将来在法规标准建设方面提出对策建议。

动中通、ESOMPs、用频规则

一、动中通的定义

国际电联（ITU）将卫星通信业务分为两大类：卫星固定业务（FSS）和卫星移动业务（MSS），基于静止卫星动中通（以下简称动中通），也即应用对地静止卫星所搭载的FSS频段有效载荷提供MSS通信的一种应用形式，动中通这一概念不是传统意义上的MSS，在ITU《无线电规则》中没有相关的名词定义。因此，动中通是无法归属在FSS或MSS范畴内的，也可以说动中通这种应用形式在ITU层面没有相应的规则地位。但动中通系统很好地解决了车辆、船舶、飞机等移动载体在运动中通过地球同步轨道卫星，实时、不间断传递语音、数据、高清晰动态视频图像等多媒体信息的难题，是当前很多国家和地区需求旺盛、发展迅速的卫星通信应用领域，在军民应急通信等方面有广泛的发展前景。在抢险、救灾、应急、演习、处理突发事件、保障重大活动等应用中，动中通均发挥着很大的、有时甚至是不可替代的重要作用。

动中通地球站在欧美等国家称移动平台地球站，依据其所在平台类型不同，可以分为船载地球站（ESV）、车载地球站（VMES）、火车载地球站（ESTS）和机载地球站（AES）四大类，其中车载地球站和火车载地球站在我国一般统称为车载地球站。

二、ITU框架下可以用于动中通的频段

根据ITU《无线电规则》频率划分表，通过相关的脚注、建议书、决议等进行梳理可以得出，目前在ITU规则框架下，在有FSS划分的频段内开展MSS应用的频段具体包括：

1.5925-6425MHz和14-14.5GHz频段

可以用于船载地球站（ESV）与FSS卫星通信系统开展通信，具体按照第902号决议操作，属于动中通应用。

2.14-14.5GHz频段

可以用于机载地球站（AES）通信，但其应用的业务类型是卫星航空移动业务（AMSS），而不是FSS，因此该应用不属于动中通。

3.2区的19.7-20.2GHz和29.5-30GHz频段以及1区和3区的20.1-20.2GHz和29.9-30GHz频段

在这些频段中，同时有FSS和MSS划分，且有移动地球站的应用，但其应用的业务类型应该是MSS，而不是FSS，因此也不属于真正意义上的动中通。

综上，目前在ITU有规则地位的动中通应用只有C和Ku频段的ESV通信。但欧美等区域国家的ESOMPs应用则涵盖了上述频段内的所有移动平台地球站通信系统。

三、ITU框架下动中通的相关规定

关于动中通的使用在国际上有严格的技术规范和操作管理办法。概括起来，对于动中通的相关标准和管理规定主要从如下四个方面开展：

一是明确动中通可以应用的频段范围；

二是规范设备的技术性能指标；

三是规范动中通设备的使用条件和操作规范；

四是明确管制机构、卫星操作者、系统运营商以及动中通用户的具体职责和义务。

（一）船载地球站（ESV）相关规定

多年以前的很长一段时期，船舶的卫星通信主要依赖于1.5/1.6GHz卫星通信系统。但在20世纪末期，操作者开始在船上安装4/6GHz和11/12/14GHz频段的卫星通信终端，这些终端都是基于传统的VSAT网络运行，但是应用了高稳定度的平台以保持在运动状态下台站天线对GSO空间电台的必要跟踪和指向精度。在ITU层面，这些终端被称为船载地球站（ESV）。对于需要高通信带宽、实时在线的海上用户而言，ESV往往成为唯一的解决方案，这类应用包括：科研船所需的大数据传输，摆渡船或旅游船上的用户电话和上网业务等等。4/6GHz频段的FSS卫星通信系统由于可以提供全球波束覆盖，因此远洋船只常常采用该频段网络开展通信业务。对于只在有限区域内（比如在北海或地中海内部）操作的其他用户而言，可以使用11/14GHz频段FSS卫星网络典型的区域波束进行通信。

1.相关建议书

为了确保ESV的有效正常操作，ITU制定了一系列的建议书，对ESV可以操作的具体频段、ESV需要满足的技术特性、ESV的具体操作程序，以及ESV与地面固定业务（FS）台站之间的干扰计算及协调等问题进行了详细的规定，提供了具体的建议。具体的建议书情况见下表1：

上述建议书对ESV的主要技术参数和性能要求可以概括为如下几点：

◆C频段天线系统基本特性。

-水平方向的天线增益4 ～7 dBi；

-G/T 值最小为16.5 dB/K；

-天线的操作特性满足ITU-R S.524、ITU-R S.580、ITU-R S.731和ITU-R S.732 建议书；指向精度应该优于±0.2°（峰值）；

-天线尺寸不小于2.4 m 。

◆Ku频段天线系统基本特性。

-通常使用一次馈电的偏置类天线以及轴对称抛物面天线；

-水平方向的天线增益0 ～10 dBi；

-G/T 值最小为17dB/K；

-天线的操作特性满足ITU-R S.524、ITU-R S.580、ITU-R S.731和ITU-R S.732 建议书；指向精度应该优于±0.2°（峰值）；

-天线尺寸一般是0.6～1.5 m 。

◆终止发射能力。

为了充分地保护，避免与地面业务中的站产生无意的干扰，ESV的技术设计必须包括在满足特定条件时能够限制或终止操作的自动功能。

◆终止发射的时机。

-当天线子系统失去对卫星的锁定和/或保持跟踪精度的能力时（比如，在大浪过程中，当指向精度失去时。）；

-当水平方向的e.i.r.p.超过建议的值时；

-当ESV是在某些事先确定的禁止使用ESV的地理边界内时。

2.相关决议

ITU无线电规则脚注5.457A说明5925-6425MHz和14-14.5GHz频段的ESV可与FSS的空间电台通信，这种使用应符合第902号决议（WRC-03）；脚注5.506B说明与FSS空间电台通信的ESV可以在14-14.5GHz频段内运行，而不需事先得到塞浦路斯、希腊和马耳他的同意，但该应用须在第902号决议规定的距这些国家的最小距离范围内。

上述脚注5.457A和脚注5.506B中提到的902号决议，主要内容就是对在5925-6425 MHz 和14-14.5 GHz上行频段FSS网络中运行的ESV，从规则、操作和技术三个方面进行了规定。其中技术参数方面的限制概述如下：

1当最小距离之内的操作满足与关注的主管部门达成的特定的协议时，颁发执照的主管部门可以允许部署14GHz频段尺寸小到0.6 m的小口径天线，假设其对地面业务的干扰不大于天线口径为1.2 m时所产生的干扰，同时考虑ITU-R SF.1650建议书。任何情况下，小口径天线的使用应遵守上表中ESV天线的跟踪精度、水平方向的最大ESV e.i.r.p.谱密度、水平方向的最大ESV e.i.r.p 和最大偏轴e.i.r.p.密度的限值以及FSS系统间协调协议的保护要求。

2任何情况下，偏轴e.i.r.p.限值应遵守FSS系统间协调协议，该协议可能同意为更严格的偏轴e.i.r.p.值。

-5925-6425MHz频段偏轴e.i.r.p.谱密度限制

对于在5925-6425 MHz频段运行的ESV，在下面指定的偏离地球站天线主瓣轴线的任何角度，在GSO 3°之内的任何方向上的最大e.i.r.p.不应超出下面的值：

-14-14.5GHz频段偏轴e.i.r.p.谱密度限制

对于在14.0-14.5频段运行的船载地球站，在下面指定的偏离地球站天线主瓣轴线的任何角度，在GSO 3°之内的任何方向上的最大e.i.r.p.不应超出下面的值：

（二）机载地球站（AES）相关规定

在ITU无线电规则频率划分表中，涉及机载地球站的脚注有3个：5.504A、5.504B和5.504C。梳理这些脚注的内容可以看出，14-14.5GHz频段范围AES的使用是基于频率划分表中的MSS（次要）划分，而非基于FSS划分。因此，可以认为该频段的AES应用属于卫星航空移动而非动中通的应用范畴。但由于该频段内同时有FSS划分，有些国家或区域便基于以国家法规或标准等形式同意AES在该频段的动中通应用形式。

上述脚注中都提及了ITU-R M.1643建议书（WRC-03），该建议书的主要内容就是对14-14.5 GHz（地对空）频段范围，在AMSS网络内运行的AES进行了技术和操作方面的限制。建议书分别给出了与FSS卫星网络、FS、射电天文业务（RAS）和空间研究业务（SRS）共用的相关要求。其中与FSS网络保护有关的基本要求摘要概述如下：

1.AMSS 网络内所有同频AES 产生的集总偏轴e.i.r.p.电平不得大于FSS 网络的干扰保护要求；

2.AES在察觉卫星跟踪误差大于或即将会大于设定误差值时，必须立即抑制发射；

3.AES应受网络监视和控制设备（NCMC）或等效的设备的监视和控制，必须至少能接收来自NCMC 的“发射”和“停止发射”命令。在接收到任何“参数改变”命令时，AES 必须立即自动停止发射，因其改变期间可能引起有害干扰，直至收到来自 NCMC 的“发射”命令后，才可发射。此外， NCMC 应能监视AES的运行以确定其是否发生故障。

4.AES也需要自行监视，并且在检测到能导致对FSS 网络造成有害干扰的故障时，AES 必须自动关闭其发射。

（三）Ka频段动中通（ESOMPs）相关规定

目前Ka频段动中通在ITU层面严格来说是没有规则地位的，目前的操作只是在4.4款下进行，即“各成员国的主管部门不应给电台指配任何违背本章中频率划分表或本规则中其他规定的频率，除非明确条件是这种电台在使用这种频率指配时不对按照《组织法》、《公约》和本规则规定工作的电台造成有害干扰并不得对该电台的干扰提出保护要求。”《无线电规则》中提及在Ka频段进行ESOMPs使用的只有脚注5.526，详细内容如下：

5.526在2区的频段19.7-20.2GHz和29.5-30GHz内以及1区和3区的频段20.1-20.2GHz和29.9-30GHz内，卫星固定业务和卫星移动业务的网络可能包括在规定或未规定点的地球站或运动中通过一个或多个卫星的点至点及点至多点通信的地球站之间的链路。

该脚注内容的实质是，ESOMPs在Ka频段应用的前提条件是该频段同时有FSS和MSS划分，但该类台站应用的实际业务类型应该是MSS。所以，在2014年之前，FSS卫星网络中运行的ESOMPs类型的地球站是无法在ITU进行正常申报和合法登记的，ITU相关软件在审查脚注5.526所涉频段中申报的ESOMPs台站时会出现致命错误。

WRC-15研究周期，在ITU第四研究组WP4A会议上，经过欧美等国家4年的联合推动，针对上述ESOMPs台站无法申报的问题，无线电通信局（BR）专门发布了一份通函解决该问题，即358号通函。

1.第358号通函

BR于2014年2月14日向国际电联成员国主管部门发布了行政通函CA/358，该通函旨在就适用于结合脚注5.526所列频段内FSS空间站运行的新地球站台站类别符号“UC”，向各主管部门提供信息和指导。

针对主管部门在WRC-15研究周期内WP4A会议期间提出的有关将第5.526款所列频段内运行的FSS地球站链接与提前公布资料（API）、第9.7款规定的协调要求和第11条规定的通知信息区别开来的要求，无线电通信局为处理主管部门根据第5.526款提交的卫星网络申报资料，为BR IFIC（空间业务）前言表3确定了一个新的电台类别“UC” - 在第5.526款所列频段内运行的FSS电台。

根据第5.526款具体规定的FSS划分和条件，2区利用19.7-20.2 GHz和 29.5-30 GHz频段，而1区和3区利用20.1-20.2GHz和29.9-30GHz频段的频率指配在FSS空间站和运行中的地球站之间的链路同时提供FSS和MSS的卫星网络，鼓励主管部门在向无线电通信局提交卫星网络通知时采用新类别的电台符号。因此，可根据第5.526款具体规定的FSS频段和条件，遵循相关的协调和后续通知程序登记FSS空间站和运行中的地球站之间的链路。

因缺少具体标准，将酌情根据19.7-20.2 GHz和29.5-30 GHz频段内FSS链路的现行标准对上述链路进行协调。

该通函的意义在于：之前主管部门向ITU登记19.7-20.2 GHz和29.5-30 GHz频段内的ESOMPs类型地球站时会出现致命错误，通函发布后相当于承认了这两个频段内ESOMPs台站的合法存在。

2.ITU相关的研究报告

a）ITU-R S.2223报告书

该报告于2011年10月份获得通过，主要对17.3-19.7GHz和27.5-29.5GHz频段GSO FSS卫星网络中ESOMPs的技术特性和操作要求进行了规定，但在技术特性方面并没有涉及具体的参数，只是做了概略性的表述。

b）ITU-R S.2357报告书

2015年上半年刚刚获得通过的ITU-R S.2357报告是在ITU-R S.2223报告书的基础上，对17.3-19.7GHz和27.5-29.5GHz频段GSO FSS卫星网络中ESOMPs的具体技术特性参数进行了细化，尤其对ESOMPs地球站天线的指向和跟踪精度和要求、地球站的偏轴e.i.r.p.谱密度限值等关键性指标进行了规定，为主管部门在Ka频段开展动中通应用提供了一定的借鉴和参考。

四、我国民用动中通管理规定制定情况

标准制定方面，我国民用层面目前还没有制定出台动中通系统相关的标准。

行政法规方面，我国工业和信息化部在2013年1月 21日发布了《卫星固定业务通信网内设置使用移动平台地球站管理暂行办法》（工信部无【2013】29号）（以下简称《暂行办法》）。《暂行办法》对C和Ku频段动中通在技术和操作等方面进行了相关规定。主要内容如下：

（一）《暂行办法》面向对象1.频段范围

C频段：5925-6425MHz。

Ku频段：14.0-14.5GHz，某些场景或/和平

台条件下仅允许使用Ku频段低端14.0-14.25GHz发射信号。

本课题涉及的频段还包括Ka频段。

2.地球站类型

移动平台地球站可分为车载、船载、机载、可搬移式或便携式地球站等类型。也即安装在机动车、列车、船舶、航空器等可移动平台上，可在移动中或在停止状态下与卫星进行无线电通信的地球站。

（二）通用要求

1.设置使用移动平台地球站应采取必要的技术措施，不得对其他依法设置的无线电台（站）产生有害干扰，同时应提高自身抗干扰能力，避免和降低来自其他合法无线电台（站）的干扰影响。

2.设置使用移动平台地球站，应遵守该卫星网络与其他卫星网络达成的协调协议。在指向对地静止卫星轨位3度之内的任何方向偏轴角ψ上的最大等效全向辐射功率（e.i.r.p.）谱密度不得超出下面的限值：

3. 设置使用移动平台地球站，在水平方向发射的最大e.i.r.p.和e.i.r.p.谱密度不得

超出下列限值：

4.移动平台地球站工作时，天线的主瓣轴向与水平方向夹角应大于10度，天线的交叉极化隔离度应始终大于30dB。

5.移动平台地球站指向目标卫星天线主瓣轴的指向误差应小于0.2度。

6.在工作中，一旦指向目标卫星的天线主瓣轴误差大于0.5度，应该在100毫秒内自动停止一切信号发射，直至误差恢复至小于0.2度时，方可继续发射信号。

7.车载、机载和船载移动平台地球站应具有自动关闭发射信号的功能，且该功能可以由车载、机载、船载移动平台地球站所在卫星通信网的控制中心控制或者在车载、机载、船载移动平台地球站上自动控制，一旦e.i.r.p.或e.i.r.p.谱密度超出限值能够自动停止发射。

8.建网单位应对卫星通信网内的移动平台地球站进行有效管理，一旦发现违规使用的，应对其提醒、警告直至关闭发射信号。

9.建网单位在境内设立的控制中心应能记录卫星通信网内任一移动平台地球站的位置（经度和纬度）、所使用卫星、运行轨迹、发射频率、信道带宽等载波参数，数据记录不得小于每20分钟一次，数据保存期不短于一年。

10.移动平台地球站设置使用人应加强自律，按照本办法及相关技术要求，妥善操作、使用移动平台地球站。一旦产生有害干扰，移动平台地球站设置使用人应立即采取措施消除有害干扰，必要时关闭发射信号。

（三）车载地球站要求

1.车载动中通地球站仅允许使用Ku频段低端（14.0-14.25GHz，下同）发射信号；

2.车载动中通地球站所使用的抛物面天线口径不得小于0.8米（非抛物面天线的电性能等效口径不得小于0.6米），极化方式为线性极化。

（四）船载地球站要求

1.面向范围在距中华人民共和国海岸线（以下简称海岸线）300公里范围内使用卫星固定业务C或Ku频段的船载地球站；

2.在内陆水域以及距海岸线125公里范围内设置使用的，仅允许使用Ku频段低端发射信号；

3.在距海岸线125-300公里内设置使用的，允许使用Ku频段全频段（频率范围为14.0-14.5 GHz，下同）发射信号，但不得使用C频段（频率范围为5925-6425 MHz，下同）发射信号；

4.在距海岸线300公里之外设置使用的，可使用C或Ku频段发射信号；

5.船载移动平台地球站使用Ku频段发射信号时，所使用的抛物面天线口径不得小于0.8米（非抛物面天线的电性能等效口径不得小于0.6米）；

6.使用C频段发射信号时，天线口径不得小于2.4米。

五、结束语

从上面的分析可以看出，目前ITU对于C和Ku频段的船载地球站和Ku频段的机载地球站都制定了相关的建议书和/或决议，从技术、规则和操作等方面对其使用进行了规范，对于Ka频段的动中通应用及其规则条款正在制定过程中。我国主管部门基于我国国情和ITU规则，对C和Ku频段的车载地球站和船载地球站也制定了相关的技术和操作规范，但对于机载地球站和Ka频段的动中通应用还没有涉及。

在本届世界无线电通信大会（WRC-15）研究周期内，有关Ka频段动中通（ESOMPs）规则地位问题的讨论一直是ITU第四研究组（SG4）和工作组（WP4A）会议争论最激烈的议题之一，欧盟和美国为了将其在Ka频段成功的商业运用推向全球，除了在议题研究组层面投入了大量的人员精力，还通过对大量相关国家的游说、磋商等方式争取同盟，在ITU设立大规模的ESOMPs专题workshop，试图改变一些立场不坚定或立场对立国家的看法。但在此过程中遭遇到了来自伊朗等不发达国家的强烈反对，尽管如此，在欧盟和美国等国家持续不断的投入和努力下，在今年即将召开的WRC-15会议上，19.7-20.2GHz和29.5-30.0GHz频段的动中通应用很可能会以修改无线电规则脚注5.526和新增决议的方式获取相应的国际规则地位。不仅如此，欧盟又提出在WRC-19上设立新的研究议题，讨论在17.7-19.7GHz和27.5-29.5GHz频段开展动中通应用所涉及的相关技术和规则条款问题，以期将整个Ka频段的ESOMPs应用合法化。

中国是卫星应用大国，中国向ITU申报的Ka频段卫星网络资料的数量位于国际前列，现有的Ka频段卫星通信系统已经在该频段开展业务，近期规划发射的多颗Ka频段通信卫星也将全部搭载该频段有效载荷，从近两年我国卫星应用大会情况看，各行各业对于宽带动中通的应用需求呼声很高，我国的卫星产业对于Ka频段的使用需求日趋高涨，Ka频段动中通应用将成为我国卫星通信领域的主要应用趋势之一。今年9月份刚刚发射成功的Ka频段通信技术试验卫星一号也标志着我国正式迎来Ka频段宽带卫星通信的崭新时代。与其形成鲜明对比的是，我国目前还缺乏对于Ka频段动中通的专项管理规定，国内动中通设备的研制生产也缺乏权威的技术约束标准，在此形势下，考虑到Ka频段对地静止卫星的轨道间隔将越来越小，动中通地球站天线尺寸将越来越小、波束越来越宽，这些都将使得邻星干扰形势愈发严峻。

在目前这种国内有应用、有需求、国际竞争有压力的情况下，考虑到国内动中通业务和设备的扩大趋势和可能产生的严重干扰隐患，非常有必要尽快规范动中通的使用，需要我国军地主管部门尽快出台相关政策、法规、标准，给卫星操作者、动中通使用单位、相关动中通设备研制建设部门以规则、技术、操作等方面的指导，尽早引领我国各频段动中通应用的健康、有序、合理发展。