基于里程碑方法的NGSO卫星系统频率投入使用研究

2020-02-19刘燕，张珣

数字通信世界 2020年1期

刘燕，张珣

（1.国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站，乌鲁木齐 830000；2.国家无线电监测中心哈尔滨监测站，哈尔滨 150010）

0 引言

当前，国外卫星互联网系统发展进入高峰期，以OneWeb、Starlink等为代表的新兴非对地静止卫星轨道（NGSO）星座系统已经启动大规模部署阶段。同时，传统GSO卫星运营商也在加快该领域的发展布局，着力推进下一代超高通量系统建设。从国际频率规则角度来看，无论是ITU还是各国的主管政府部门，都将GSO轨道的卫星通信业务用频优先级置于NGSO系统之前，要求后者在保证不干扰既有的GSO业务基础上方能开展服务；从市场应用层面来看，全球GSO卫星互联网系统发展进度整体领先，Viasat-1、Viasat-2等多个GSO轨道卫星互联网系统在北美、西欧等地区开展了较为成熟的应用；加之NGSO系统部署卫星数量大、占用频谱资源多等特点，适用于NGSO系统的频率轨道资源面临激烈的竞争。因此，近年来，各国卫星操作者的数量迅速增长，申报了大量的卫星网络资料，无线电通信局主任在向WRC-15提交的关于应用规则程序和其它相关事项的报告中指出：“考虑到迄今为止无线电通信局已收到的大量NGSO系统，且这类系统提交可能具有投机性质，从而导致频谱囤积和所谓‘纸上卫星网络’的再现，大会或许希望考虑对NGSO卫星网络的投入使用概念进行重新定义。”

为了要防止频谱囤积（特别是在拥挤频段）和避免出现大量“纸卫星”，促进频谱和轨道资源的高效、合理和经济使用，在WRC-15之后的四年内各个国家纷纷开展相关研究，努力在平等接入和频谱高效利用间寻求平衡、在能够实施和防止频谱囤积间寻求平衡。各个国家各有各的态度和立场，但最终在WRC-19第二次大会筹备会议报告中规定的八项指导原则下，WRC-19大会通过了增加11.51款“对于某些特定频段和业务的非对地静止卫星轨道系统的频率指配，须应用第[7（A）-NGSO-MILESTONES]号决议”。（以下简称“里程碑决议”）。

本文对WRC-19大会通过的里程碑决议进行解析，并基于该里程碑方法对FCC已授权的三大重点NGSO星座系统频率投入使用及部署情况进行研究，同时结合FCC里程碑要求进行对比分析，密切关注国外NGSO星座系统频率使用现状和动态，为我国空间频率资源协调和卫星系统发展提供参考。

1 里程碑决议解析

里程碑决议（WRC-19第COM5/7号决议）：在特定频段和业务中用于实施非对地静止轨道（NGSO）卫星系统中空间电台频率指配的里程碑（分阶段）方法。该决议内容包括作出决议18项，重点内容解析如下：

（1）作出决议1：本决议适用于11.44或11.44C款下的NGSO系统，应用于里程碑方法的频段和业务如表1所示，涉及卫星固定业务、卫星广播业务、卫星移动业务，包括Ku、Ka、V频段。

（2）作出决议2：对于满足作出决议1且满足第11.44款规定的七年规则期限结束时间为2021年1月1日或更晚日期的频率指配，通知主管部门须按照本决议附件1[1]在不迟于第11.44款规定的规则期限届满后30天，或第11.44C款投入使用日期届满后30天（以两者中较晚日期为准）向无线电通信局通报所需的部署信息。对于适用于作出决议2的频率指配，通知主管部门须依照本决议附件1[1]向无线电通信局通报下述a）至c）分节中提及的分阶段期限到期前的所需部署资料（此为作出决议6的内容），同时需遵守作出决议8的内容。

a）在第11.44款所述的七年规则期限结束后的两年期限届满后的30天内；

b）在第11.44款所述的七年规则期限结束后的五年期限届满后的30天内；

c）在第11.44款所述的七年规则期限结束后的七年期限届满后的30天内。

（3）作出决议3：对于满足作出决议1且满足第11.44款规定的七年规则期限在2021年1月1日前已届满的频率指配，通知主管部门须按照本决议附件1[1]在不迟于2021年1月1日前向无线电通信局通报所需的部署信息。对于适用于作出决议3的频率指配，通知主管部门须按照本决议附件1[1]向无线电通信局通报下述a）至c）分节所述当年1月1日的完整部署信息（此为作出决议7的内容），同时需遵守作出决议8的内容。

表1 应用于里程碑方法的频段和业务

a）在2023年2月1日之前（相当于2021年1月1日后两年期限届满后的30天内）；

b）在2026年2月1日之前（相当于2021年1月1日后五年期限届满后的30天内）；

c）在2028年2月1日之前（相当于2021年1月1日后七年期限届满后的30天内）。

（4）作出决议10：如果声称的已部署空间电台数量属于这三种情况：a）视情况根据作出决议6a）或7a），少于BR IFIC I-S部分公布的频率指配最新通知资料中所标明的卫星总数的10%（向下舍入至较低整数），这种情况下，修改的卫星总数不得大于根据作出决议6a）或7a）公布已部署的空间电台数量的10倍；b）视情况根据作出决议6b）或7b），少于BR IFIC I-S部分公布的频率指配最新通知资料中所标明的卫星总数的50%（四舍五入至较低整数），这种情况下，修改的卫星总数不得大于根据作出决议6b）或7b）公布已部署的空间电台数量的2倍；c）视情况根据作出决议6c）或7c），少于BR IFIC I-S部分公布的频率指配最新通知资料中所标明的卫星总数的100%，这种情况下，修改的卫星总数不得大于根据作出决议6c）或7c）部署的空间电台数量；则通知主管部门还须在作出决议6或作出决议7所提及的每个里程碑期限届满后的90天之内视情况向无线电通信局提交已通知或已登记频率指配特性的修改资料。

（5）作出决议11：作出决议10a）不得适用于第11.44款规定的七年规则期限在2022年11月28日之前届满的频率指配，其前提是通知主管部门在2023年3月1日之前向无线电通信局提交了附件2[1]中所列出的完整资料，并且无线电规则委员会（RRB）或WRC-23给出了合格的决定，如下所述：

a）收到此完整资料后，无线电通信局须尽快但不迟于2023年4月1日向RRB报告，以便各主管部门提出意见并最迟由RRB在其2023年的第二次会议上进行审议；

b）RRB须考虑根据此作出决议提供的信息，并向WRC-23提供包含其结论或建议的报告，包括RRB无法作出合格结论的情况。

（6）作出决议17：根据《无线电规则》第11.49款暂停使用的频率指配，在本决议作出决议6a）、b）、c）或作出决议7a）、b）、c）中规定的适用里程碑期限结束之前任何时候，不得酌情更改或减少作出决议6a）、b）、c）或作出决议7a）、b）、c）中规定的任何剩余里程碑有关的要求。

（7）作出决议18：对于已完成本决议所述里程碑过程（包括无线电通信局适用作出决议9c））的NGSO系统，和对于作出决议5适用的系统，如果在该系统中部署的、能够发射或接收频率指配的卫星数量在随后的连续六个月中下降至《登记总表》条目中注明的卫星总数的95%（四舍五入至较低整数）减去一颗卫星，则通知主管部门须在此后尽快将这一情况开始的日期通知无线电通信局，该信息仅供参考。如适当且适用，通知主管部门还应在此后尽快通知无线电通信局重新部署全部卫星的日期，无线电通信局须在其网站上提供根据本作出决议收到的信息，并执行后续行动。

显然，里程碑方法生效日期为2021年1月1日，具体实施有三种情况，第一种情况是申报的卫星网络资料生命周期结束日期在2021年1月1日之前，则在2021年1月1日后2年须部署完成卫星总数的10%、2021年1月1日后5年须部署完成卫星总数的50%、2021年1月1日后7年须部署完成卫星总数的100%；第二种情况是卫星网络资料生命周期结束日期处在2021年1月2日至2022年11月28日之间的NGSO系统不适用于此里程碑方法，须另行考虑；第三种情况是申报的卫星网络资料7年生命周期结束日期在2021年1月1日或更晚的日期，除了第二种情况的时间段之外，生命周期结束后第2年须部署完成卫星总数的10%、第5年须部署完成卫星总数的50%、第7年须部署完成卫星总数100%。可以看出，里程碑方法不仅维护NGSO卫星系统频率指配登记的权利，鼓励各主管部门及时部署卫星，促进频谱和轨道资源的高效、合理和经济使用，提高了NGSO系统部署的透明度，同时若未满足一定里程碑要求将会产生后果，缩减卫星数量规模等作为惩罚。对各个国家来说，利弊不同，实际系统部署能力如何以及能否达标、正常投入使用等，是各国都很关心的问题。

2 国外重点NGSO星座系统频率投入使用与系统部署研究

本节以当前已发星的国外OneWeb、Starlink、O3b三个主要NGSO星座系统为例（均为FCC已授权的星座系统），分别按ITU里程碑方法及FCC里程碑要求对其申报的频率投入使用情况及部署能力进行分析，并分析当前国外各星座系统发射能力以及将来的发射计划等信息，为我国发展卫星系统提供参考。

通过在已发布的BR IFIC数据库中查询截止到2019年上半年申报的有关Ku、Ka、V频段大量NGSO卫星网络资料，发现同一NGSO星座系统在不同时间申报了多份卫星网络资料，各国都在纷纷抢占频率和轨道资源。表2为选取的当前主要的三个空间互联网星座系统频率投入使用及部署情况分析，表中M1表示按照里程碑方法的第一个时间节点须部署完成10%、M2表示按照里程碑方法的第二个时间节点须部署完成50%、M3表示按照里程碑方法的第三个时间节点须部署完成100%。经分析可以看出，OneWeb星座系统应在2023年1月1日前部署完成395颗卫星，当前来看，OneWeb公司是具备部署能力的且有意在中国落地，欲提前向全球提供网络服务。FCC里程碑要求为NGSO星座系统自授权批复之日起6年内部署完成已授权卫星数量的50%，批复9年内100%部署完成。FCC里程碑方法看似简单但较为严格，从完成时间节点来看，已授权的任意星座系统如OneWeb系统一旦完成50%的实际部署，商业航天将迈入行业新纪元。

表2 主要的空间互联网星座系统频率投入使用及部署情况分析

OneWeb星座系统当前已成功发射6颗卫星，计划于2020年1月发射第二批OneWeb卫星，此后基本每月发射一次，初期发射数量较低，后期视情况每次发射32或34颗卫星，一期初期计划588颗卫星部署在12个轨道平面，每个轨道平面49颗卫星，一期初期共计部署648颗卫星，计划于2021年第四季度实现光纤式全球互联网服务，并最终实现1980多颗卫星的全球覆盖。

Starlink系统是由SpaceX公司提出建设的低轨宽带互联网星座通信系统，截至2019年11月30日，SpaceX分两批已发射120颗Starlink卫星，预计12月下旬发射第三批Starlink卫星，若发射计划不变，将使SpaceX成为全球最大卫星运营商；之后将于2020年1月再次发射，计划在2020年发射多达24次Starlink任务。值得注意的是，如果这些时间表保持不变，SpaceX将在短短9个月内从只有两颗在轨试验卫星变成世界上最大的卫星网络运营商。

O3b是目前投入运营的中轨卫星系统，一期星座中的20颗卫星已全部运行在赤道轨道平面。其二期星座共包括22颗卫星，其中12颗卫星将增添到原有赤道轨道平面，使赤道轨道平面的O3b卫星总数达到32颗，10颗卫星分成两组部署在倾斜轨道面上。二期星座的首批7颗O3B MPEX卫星将由SpaceX公司发射，二期星座拟在2021年部署完成。

除了上述三大具备实际发射能力的主流星座系统之外，还有很多国家和公司在Ku、Ka、V及以上频段向ITU申报资料。申报Ku、Ka、V频段且FCC已授权的还有Telesat、Leosat、Kepler、Audacy、Karousel、Space Norway、Theia等星座系统，虽然这些星座系统申报资料和协调地位时间早晚不同，但FCC一旦批复授权，后续很快就会有实际部署行动。